1945年8月16日渋谷南平台町の官舎にて大西は遺書を残し割腹自決した。
午前2時から3時ごろ腹を十字に切り頸と胸を刺したが生きていた。
官舎の使用人が発見し、多田武雄次官が軍医を連れて前田副官、児玉誉士夫も急行した。
熱海にいた矢次一夫も駆けつけたが昼過ぎになった。
大西は軍医に「生きるようにはしてくれるな」と言い、児玉に「貴様がくれた刀が切れぬばかりにまた会えた。
全てはその遺書に書いてある。厚木の小園に軽挙妄動は慎めと大西が言っていたと伝えてくれ。」と話した。
児玉も自決しようとすると大西は「馬鹿もん、貴様が死んで糞の役に立つか。若いもんは生きるんだよ。生きて新しい日本を作れ。」といさめた。
介錯と延命処置を拒み続けたまま同日夕刻死去。享年55。
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