1938年底，郁达夫应新加坡《星洲日报》所聘，出任该报副刊《晨星》的编辑，发表了大量号召抗日的文章，影响巨大，成为南洋抗日文学的一面旗帜。1941年，日军攻打马来亚和新加坡，郁达夫乘快艇逃难到印尼群岛，后来曾担任日本宪兵分队的通译。
1945年8月29日，郁达夫在苏门答腊失踪，时年四十九岁。
这一天是在日本宣布无条件投降后的两周，郁达夫没有迎来凯旋的欢呼，相反却迎来了他的噩梦。那晚8时许，郁达夫正在家中与几位朋友聊天，忽然有一个土著青年把郁达夫叫出去讲了几句话，随即，郁达夫就回到客厅与朋友们打了个招呼出去了，衣服都未及换，穿着睡衣和木屐消失在茫茫夜幕中，从此便再也没有回来。据他的朋友说，听见了外面有汽车引擎发动的声音。而几个小时后，郁达夫的小女儿郁美兰来到了这个世界上。由于郁达夫的失踪太过诡秘，关于他的生死至今仍像谜一般没有解开。
1936年时，郁达夫在一首诗中说：“但求饭饱牛衣暖，苟活人间再十年。”这竟然成了诗谶。
关于郁达夫的失踪有以下几种说法：
其一，死于日本宪兵之手，这也是目前的通说。
1946年8月8日，邵宗汉从棉兰苏门答腊联军总部情报处获得的消息，该消息证实，联军当局在日本战犯口中得知，郁达夫于1945年9月17日被日本宪兵枪杀，同时被害者尚有欧洲人数名，遗骸埋在武吉丁宜附近的丹戎革岱。然而，这一说法却有个重大的疑点难以解释，即有研究者曾翻阅棉兰法庭的审讯记录，却完全寻觅不到有关郁达夫（赵廉）的蛛丝马迹。如果此说成立，那么郁达夫和同时遇害的几位欧洲人的被埋地点也应该很清楚，可是，现在郁达夫的遗骸在整个东南亚都找不到。
胡愈之推测郁达夫死于日本宪兵之手。胡的文章《郁达夫的流亡与失踪》中推测因郁达夫在南洋从事抗日活动，最后被日本宪兵所杀害。建国后此一推论基本被延续下来。
1985年8月30日，胡愈之在纪念郁达夫烈士遇难40周年座谈会上的讲话中，明确指出郁达夫是日本宪兵为了掩饰他们的战犯行为而加以秘密暗杀的，他说：“中国现代第一流的诗人和作家郁达夫‘失踪’已经整整40年了。‘失踪’两个字是我加上去的。1942年新加坡沦陷以后，他和我们一道，隐姓埋名，流亡在苏门答腊。他本可以回国，但不愿意回国。不幸他被当地日本宪兵发现懂得日本话，就强迫他当了七八个月的日语翻译。他在暗中帮助了印尼人民，帮助了华侨。更加不幸的是在日本投降之前不久，他被宪兵发现是从新加坡来的抗日知识分子，知道日本的残酷暴行很多。虽然日本已经投降了，日本宪兵一定要消灭抗日的知识分子。这种非法暗杀行为是‘战犯’干的。战犯这个名称，是从反法西斯战争中开始的。郁达夫是日本宪兵为了掩饰他们的战犯行为而加以秘密暗杀的。”
同年9月27日，一则来自新华社的消息更让对郁达夫死因关注的人们眼前一亮。消息称：现代著名作家郁达夫被日本宪兵杀害之事已从日本学者铃木正夫收集的第一手资料得到证实。日本横滨市立大学副教授铃木正夫早在1966年，就开始了对郁达夫南洋流亡生活的研究。在查阅了大量资料后又到新加坡、印度尼西亚的苏门答腊等地作调查，先后寻访了上百名了解情况的日本人士。前不久，铃木正夫经过种种努力，终于找到了当年下令杀害郁达夫的日本宪兵班长。这名宪兵班长承认，是他下达了杀害郁达夫的命令，而且他手中还有当时下令的复印件，从而证实了郁达夫被日本宪兵杀害的推测。
据说这几个宪兵平日里无恶不作，声名狼藉，而郁达夫对他们的行径很了解。当他们奉命绑架了郁达夫之后，害怕郁说出什么对自己不利的话，便在森林里将郁达夫活活扼死。之后，直接参与杀害郁达夫的两个宪兵便开了小差，从此下落不明。由于铃木正夫始终不愿公开来源者的姓名，而且其对“凶手”均用英文字母表示，铃木称他答应过被采访的凶手不公开他们的姓名，因此也颇受置疑。
据学者推测，之所以日本宪兵在投降后还杀害郁达夫，是因为他当过日本宪兵的翻译，知道太多内幕，怕在日本人受审时郁达夫作为证人指正他们，故痛下杀手。
其二，可能死于印尼独立军之手。日军投降以后，印尼共产党领导的独立运动风起云涌，很多印尼共产党人开始捕杀日军和亲日分子。由于郁达夫曾是日军的翻译，加上印尼独立军与华侨联系较少，并不知道郁的真实身份。所以，那天晚上将郁叫出去的印尼人可能是独立分子，郁很可能被他们杀害。但是，反对者认为，当时郁达夫是上了一辆小汽车之后失踪的，当时在印尼只有日本人有小汽车，所以郁达夫不太可能死于印尼人之手。
其三，可能由华侨朋友秘密掩护转移。郁达夫在印尼华侨中具有很大的影响力，他可能在武吉丁宜、巴爷公务的华侨组织帮助下秘密转移，脱离了日军所控制的范围。鉴于当时复杂的社会形势和闭塞的交通环境，郁完全有可能在途中出现意外。
其四，可能是死于国民党特务机关之手。这一说法缘于郁达夫本人对国民党一直心存的忌讳，他害怕国民党某要员公报私仇，以他为日军做“通译”为借口杀害他。可能这一担心变成了事实。
1952年经中央人民政府批准，追认郁达夫为革命烈士。