1938年清明節期間，張國燾以去黃帝陵掃墓為由，離開了延安。拜祭過黃帝陵之後，他坐上了蔣鼎文的汽車，跑到了西安，不久後又來到了武漢，並在報紙上發表了脫黨聲明，投靠了蔣介石。由於出逃時比較匆忙，張國燾沒有來得及帶上家小。他來到武漢後，給妻子楊子烈寫了一封信，讓她帶上兒子張海威來武漢和自己團聚。
楊子烈找到了毛主席，毛主席並沒有為難她，當即批示：「讓子烈同志回家吧」。隨後延安派出交通員將楊子烈母女和她的妹妹楊子玉一起送到了武漢，親手交給了張國燾。可以說，毛主席對張國燾仁至義盡。張國燾投靠蔣介石之後，一開始蔣介石對他很重視，不僅親自接見了他，還非常客氣地指著站在身旁的戴笠對張國燾說：我想請張先生給他幫幫忙。
張國燾就這樣進入了軍統，成了戴笠的手下。能夠得到張國燾的「幫助」，戴笠十分興奮，他以為憑藉張國燾過去的地位和影響，只要他一呼籲，就可以策反不少舊部。但很快他就失望了，因為他發現，儘管張國燾十分賣力地拉攏，但卻一個舊部都沒有招來。之後張國燾又開辦了特務培訓班，這些他一手培訓出來的特務被派往延安後，都有去無回。
張國燾的表現令戴笠大失所望，開始對他日漸冷淡，張國燾經常幾個月都見不到戴笠一面。即使偶爾相見，不是被諷刺就是被訓斥，張國燾在軍統的日子越來越難過。1946年3月，戴笠在岱山機毀人亡，這對蔣介石來說是一大「損失」。但對張國燾來說，卻是一件好事，因為從此之後，戴笠再也無法對他進行嘲諷和訓斥了。
不久後張國燾得知軍統即將進行改組和裁員，自己有可能被裁掉。為了避免這種尷尬局面的出現，張國燾找到了同鄉熊式輝，經過他的運作來到江西，出任善後救濟總署江西分署署長。張國燾本以為，來到江西後肯定不會再有人來找自己的麻煩了。不料他一上任就受到了時任江西省主席王陵基的排擠。那麼王陵基為什麼要和張國燾過不去呢？
這是因為當年張國燾還在川北的時候，王陵基曾經奉命率部進攻紅軍，結果遭到慘敗，他不僅被撤職，還被拘禁了數個月，王陵基把這筆賬都記在了張國燾的頭上。雖然現在張國燾已經成了國民黨，和他是同一個陣營了，但王陵基舊恨難消，指使部下對張國燾冷嘲熱諷，蓄意刁難。很快張國燾在江西就無法立足了，不得不避居上海。
渡江戰役之後，張國燾見國民黨大勢已去，就帶著家人跑到了台灣。他多次給蔣介石寫信，稱願意繼續為「黨國效力」。但一年過去了，蔣介石既沒有給他安排工作，也沒有過問他的生活，張國燾已經被遺忘了。後來他的房子被強行徵收，潦倒的張國燾深知「胳膊擰不過大腿」，只好帶著家人來到了香港。由於沒有工作，急於賺錢養家的張國燾被人忽悠，拿出全部家當5000美金去「炒黃金」，結果損失慘重，差點血本無歸。
屋漏偏逢連夜雨，不久後張國燾的妻子楊子烈在上街買菜時摔倒，摔斷了臀盤骨，成了跛子，行動很不便。為了生活，張國燾四處找門路，最終美國堪薩斯大學同意每個月支付他2000港幣，讓他寫回憶錄，成書後版權歸自己所有。換句話說，就是以每個月2000港幣為代價，買張國燾回憶錄的版權。之後張國燾用4年時間寫成了《我的回憶》。
由於稿費是每個月支付，因此書成後張國燾並沒有拿到多少錢，生活依然很困頓。無奈之下，他在1968年的時候，帶著妻子來到了加拿大多倫多，投靠在這裡教書的大兒子張海威。當時張海威也已經成家，賺的錢並不多，只能勉強養活一家老小。為了給兒子減輕負擔，張國燾和妻子楊子烈搬了出來，住進了免費的養老院。
1976年，79歲的張國燾突然中風，右半身癱瘓，生活不能自理。楊子烈也年俞七旬，加上腿有殘疾，無法照顧張國燾。張國燾只得申請住進了多倫多郊區的老人病院，這裡是官辦的慈善機構，條件很差，張國燾的身體一天不如一天。1976年11月26日，這天是張國燾82歲的生日，張海威把他接到了自己的家中。過完生日之後，張國燾說什麼也不願意再回到嚴寒難忍的老人病院。
但張海威家的情況並不好，只能勉強度日。張國燾如果健健康康的話，還好說一點，但此時他已經半身癱瘓，需要吃藥和專人照顧，張海威實在負擔不了，只能把他送回了老人病院。7天後的一個夜晚，病床上的張國燾在翻身的時候把被子弄到了地上，數次按鈴叫護士都沒有人來。張國燾就這樣在嚴寒中被凍死了。兩天後他被安葬在了多倫多的一個公墓中。
想當年，草地會師的時候，兵強馬壯的張國燾是何等狂妄，先是不斷向中央要官，當上紅軍總政委後仍不滿足；後來又堅持南下，還另立「中央」，並狂妄地宣稱要開除毛主席和周總理等人的黨籍。恐怕當時的他無論如何也不會想到，自己的晚年竟然會如此凄慘。什麼是一手好牌打得稀爛，看看張國燾就懂了。
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