Pracując w instytucie anatomicznym podczas przeprowadzania jednej z autopsji nabawił się infekcji, która doprowadziła do konieczności amputacji kciuka. Mimo wielu prób podejmowanych przez Theodora Billrotha, nie udało się uśmierzyć dolegliwości bólowych. Fleischl zdecydował się wtedy porzucić fizjologię i wrócił do laboratorium Brückego, wcześniej pracując przez rok razem z Carlem Ludwigiem w Lipsku.
Fleischl przez wiele lat cierpiał z powodu powikłań zabiegu amputacji, i uzależnił się od morfiny. Jednym z przyjaciół Fleischla był Sigmund Freud, który badał w tym czasie efekty stosowania kokainy. Freud zaproponował mu stosowanie kokainy w celu wyjścia z morfinizmu, ale Fleischl wpadł w jeszcze większe uzależnienie od kokainy i zmarł w 1891 roku w wieku zaledwie 45 lat, wyniszczony przez chorobę i narkotyki. Nie założył rodziny. Freud, który spędził wiele nocy przy łóżku cierpiącego przyjaciela, wspominał jego śmierć jako jedno z najbardziej wstrząsających doświadczeń swojego życia.
Fleischl został pochowany na Cmentarzu Centralnym w Wiedniu, w sektorze żydowskim (Gr.6/29/89).