1961年7月18日，蒋梦麟与徐贤乐在台北市临沂街陈能家中举行了简单的婚礼。时年蒋七十五岁，徐五十四岁了。由于婚礼仓促，以致很多人都来不及准备礼物。
蒋、徐结婚之后没几天（7月26日），蒋梦麟就专程去看望胡适，胡适也向他道贺。蒋梦麟告诉胡适，他的新婚夫人很好，隔几天还要将她带来看望胡适。他还对胡适说：“人家说她看上我的钱，其实她的钱比我的多。”
次年12月，蒋梦麟不慎失足摔倒，腿骨骨折，住进医院。不久，蒋抱怨徐贤乐照顾不周，对自己不够关心；而徐则埋怨蒋花钱太多，让蒋转到小病房。接着，徐又背着蒋，一次性向石门水库借支一万元，并因小事与蒋燕华、樊际昌争吵，甚至对二人出言谩骂，同时又让蒋的同僚沈宗瀚一家搬离农复会宿舍。蒋得知后，十分震怒，与徐发生争执。徐一气之下将自己的户口迁出，并将行李搬离蒋家。蒋梦麟出院后，没有回家，拒绝与徐见面，并于1963年1月23日（农历腊月二十八）写下《分居理由书》，托律师交给徐。
1963年正月十五，蒋梦麟再次委托律师给徐贤乐去函，指责徐乘他在住院期间转移财产，取走蒋应得的利息、股息，甚至连女儿蒋燕华、陶燕锦的股票也过户到自己名下。徐拒绝离婚，蒋遂向法院提起诉讼，称徐“凌辱吾女，侵渎先室；需索敛聚，恶老嫌贫，经常詈骂”，他因“不堪徐娘虐待之苦”而要求离婚，并索回五十三万元存款。
面对蒋梦麟的诉状，徐贤乐气愤地表示，诉状内容都是扭曲的。调解过程中，徐贤乐一度直闯农复会办公室找蒋梦麟，吓得蒋连忙从后门楼梯避开。徐见状高呼，见丈夫是合法的权利，她已受到蒋的侮辱与痛苦，说蒋“仰仗官职、欺凌弱女”。蒋只能避居石门水库。徐贤乐还一度以送冬衣为由，要求碰面。
一年后，双方终于在1964年1月24日协议离婚，由陶希圣当见证人，蒋梦麟付给徐贤乐赡养费五十万元，徐贤乐须将农复会房舍、股票悉数交还，但徐已经提走的二十多万现金不再追索。蒋梦麟只求签字止讼，由友人代签支票偿还赡养费，前后总计花费七十七万元（1960年台湾平均每人所得仅新台币5666元，有存款百万即被喻为富翁），才结束两年六个月的夫妻关系。
蒋梦麟对记者说：“（从结婚）到现在一年多，我失望了，我受到人生所不能忍的痛苦；家是我痛苦的深渊，我深深地后悔没有接受故友胡适之先生（胡适已于1962年去世）的忠告，才犯下错误。我愧对故友，也应该有向故友认错的勇气，更要拿出勇气来纠正错误。”并将胡适1961年6月18日写给他的那封长信公开发表。
辞世
1964年4月，即蒋梦麟临终前两个月，黄季陆到石门水库去看望他，他对黄说：“再过二十二个月，便要退休了。”黄不明白他为什么以月来计算，他解释说：“再二十二个月，我便是中国说法的八十岁，八十岁的人应当退休，不应当再阻挡着后人的前路。”黄问他退休后作何打算，他说：“教书太吃力，我打算专事写作。”并打趣说：“有笔万事足，无钱一身轻。”
4月20日，蒋梦麟赴蒋介石宴，拄了两根拐杖。他不愿坐轮椅，说那样行动不便，坐着像尊菩萨，这样多了两只脚，可以到处跑跑，找老朋友聊聊天。蒋介石见到他说：“好，好，你精神不错，什么时候可以不用拐杖了？”蒋梦麟回答：“再要两个月。”蒋介石说：“小心保养，就是四个月也不要紧。”宋美龄也过来说他面色红润，比以前健康了。他笑着说：“我什么都好，就是多了两只脚。”
4月23日，蒋梦麟因身体不适、不断打咯等症状，住进荣民总医院。医生在他的右腹部发现一个小硬块，判断是肝癌，已无法用放射线或开刀治疗。因陶曾穀是罹患癌症过世，让蒋谈癌色变，医生不敢告诉他病情，直到过世前他还不知自己病情有多严重。
蒋梦麟家族有长寿的传统，且平日身体不错，故对自己的身体很有自信。只是婚变以及腿疾缺乏休养，让他的健康大受打击。所以，蒋梦麟坚持出院，说养养就好了。
是年6月10日，蒋梦麟病情恶化，再次住进医院。为减轻卧病痛苦，也希望他能撑到亲眼看见石门水库启用，亲友们特别邀请旅日国际癌症体质改善研究会理事长庄淑旗返台为蒋梦麟诊治。
有时蒋梦麟打嗝不停，陪同的人难免心慌，他反而安慰道：“不要紧张，一切难关都会顺利过去。”“没有什么，我的意志力很强，我会斗过去。”
陈诚前往医院探视，告诉蒋梦麟：“好好养病，大家活一百岁，一起回大陆。”蒋笑道：“你比我年轻十岁呢。”陈诚安慰道：“你的身体一向不错啊！”
6月14日，石门水库落成，蒋梦麟高兴地说：“石门水库完成，我很高兴。”
之后，蒋梦麟频频打咯，痰中带血，身体虚弱，不时陷入昏迷，必须使用氧气维生。女儿问他什么地方难过，他说“不难过”，并不同意打葡萄糖，老是挥手说：“去掉它，去掉它。”
6月17日，杨亮功等人去医院看望蒋梦麟，女儿蒋燕华告诉蒋他们到来后，他的眼睛略为睁开，头微动，杨等人站在他床边很久，看着他的右手不断地微微上下波动，以为他不舒服。蒋燕华问他，才知道他示意让大家坐下。
1964年6月19日凌晨，蒋梦麟病逝。蒋梦麟身后与夫人陶曾穀合葬在阳明山第一公墓。
蒋梦麟过世前，为感谢庄淑旗的诊治，且有感于台湾癌症预防资源缺乏，拨出遗产的三分之一，约十万元，供庄淑旗进行癌症医疗研究。多年后，庄淑旗又捐出台北圆山附近的土地与大笔金钱，成立抗癌中心与团体。
品论
沈刚伯评说晚年的蒋梦麟：“梦麟先生从政日久，养成了敏于事而讷于言的作风，有因公务繁忙，不得不采取西洋习俗来略为改变裴晋公私邸见客的办法；他因此省了很多无聊的周旋，却也不免减去了不少的友朋之乐。加之来台以后，亲友离散，年事渐高，故旧日少——相识满天下，孤芳徒自赏——这非变相的寂寞而何？位崇则身孤，望重则欢少，年高而念广，体泰而情索——这原是事理之常，不过像梦麟先生那样富于感情的人却不免有时觉得难受；他脸上的微笑，口头的幽默，适足反映其内心之孤寂伤感耳！”
一次，曹聚仁与几位好友围炉夜话，突然有人问他生平所钦佩所敬仰之人是谁，曹答是蒋梦麟。举座皆惊。曹聚仁见状忙申明，他决不做违心之论，也决不依草附木，更不是北大的学生。友人问为什么敬佩蒋，曹聚仁答道：“有种。”
胡适赞扬蒋梦麟，是一位“有魄力、有担当”的校长。
蔡元培说：“综计我居北京大学校长的名义，十年有半；而实际在校办事，不过五年有半。”蔡在职而不在校期间，代为处理行政事务的，经常是蒋梦麟。当时就有人评价说：“这五六年来的北大校长，与其说是蔡元培，不如说是蒋梦麟。”
1988年北大90周年校庆，曾出版过一本《北大校长与中国文化》，希望“以此来纪念北京大学在中国文化史上特殊地位和贡献”，其中没有收入蒋梦麟。8年后，北大百年校庆重新修订出版此书时，加入了有关蒋梦麟的文章。但之后仍有研究者抱怨：“前两年北大百年校庆，居然很少见到蒋梦麟的名字。”
北大教授陈平原说：“在历史学家笔下，蔡元培的意义被无限夸大，以至于无意中压抑了其他同样功不可没的校长。最明显的例子，莫过于蔡元培早年的学生蒋梦麟。”
中国社科院研究员马勇这样评价：“蒋梦麟重掌北大，确实是把校长的权力用得淋漓尽致，但他受过西方民主训练，骨子里有民主意识。正是这原因，虽然是校长治校，但没有走向校长独裁，他建立的是一个有效率的行政体制。”“蒋梦麟来了之后，经过一年多的调整，新北大的气象就出来了，建了新图书馆、新宿舍。这七年之中，蒋和他的团队把握着北大的航向，为后来的西南联大，为后来的北大辉煌，奠定了非常重要的基础。”
北大心理学教授、联大三青团负责人陈雪屏在《“和光同尘”与“择善固执”》中写道：“西南联大之所以能够始终联合在一起以至抗战胜利，三校复员，而三校之间精神上的契合无间，且更胜于前，我们不能不归功于孟邻先生，和夭折的东南联大以及一时联合而后又分立的西北联大相比较，西南联大九年的历史是值得珍视的。”
蒋梦麟的老友王世杰说，蒋梦麟的过世是“学术界难以弥补的重大损失”。
罗家伦说：“我认为梦麟先生的性格是外柔和而内刚劲，但对人则’柔亦不茹，刚亦不吐‘，还是根据道理可以说服他。他用人也专，待人也恕，不以察察为明，所以许多人乐为所用。他不长于演说，谈话时也不作长篇大论，然其简短的词句，常能扼要，而且带点幽默感。他有许多外国朋友，彼此间能建立互信，所以他提出的主张，也容易得到赞助。”
台湾学者吴相湘认为：“蒋梦麟先生在民国教育史上地位仅次于蔡元培。……蒋主持北大近二十年，不顾内乱外寇之困扰，勇敢负责，勤奋建设。危城讲学，大义凛然。终蔚成全国最高学术中心，作育人才至为众多。”
王世杰说：“孟邻先生所提倡的节育运动，是他一生中最勇敢的一件事，也是值得我们永远怀念的一件事。”
樊际昌说：“孟邻先生的成功，一方面因为他是一个不折不扣’深通人情‘的’中国人‘，但是更重要的是他能运用他所认为中国人所忽视的概括与抽象的思考方法去了解，去解决问题。”
叶公超回忆，蒋梦麟长他十七岁，但他和蒋单独相处时，却丝毫没有年龄或辈分的隔阂。叶公超说：“我想这与性格、教育、兴趣都有关系，但是主要的因素，大概是孟邻先生有一种极自然的真诚，在中国人里头很罕见的……是一个没有权术的人。”
叶公超还说，蒋梦麟“不是一个溺于忧患的人，常在极艰巨苦闷的时候说开玩笑的话，说了他自己还笑，有时笑得比别人还起劲”。叶将人分为三种类型：“笑的”、“愁的”、“怒的”。他认为，蒋梦麟属于第一种人。他说：“属于笑型的人容易有幽默感，不容易被环境征服，也不容易失去均衡，孟邻就是这样。孟邻先生处理问题……一旦有所决定，却是非常坚定，甚至于利害毁誉在所不计。这是他个性中最强的一点，也是他最弱的一点，他的成就以及许多痛苦的遭遇，也都是源于这种性格。”
1977年，即蒋梦麟去世13年后，台湾《仙人掌》杂志第6号封面刊登了蒋梦麟的大幅照片并配以《平易近人的改革者蒋梦麟》的长文，高度评价蒋梦麟的历史功绩。文章说：“蒋梦麟生在一个左右中都不是的年代，但他却慎重地选择了自己的路，向时代提出了他的贡献，对后代献出了他的宝贵经验，他应死而无憾了。十三年后的今天我们仍处于过渡的时代，仍是旧的忘不了，新的学不会，也许我们需要多一些这样的人，眼望星星脚踏草根地以实践代替争辩，才能早点结束这个已经拉得太长的过渡时代。”
