1978年6月12日，郭沫若因病长期医治无效，在北京逝世，终年86岁。根据其遗嘱，郭沫若的骨灰洒在山西昔阳县大寨人民公社的梯田中。大寨专门为他建了纪念碑。郭沫若一生中共有过三任妻子，育有十一个子女。
张琼华，是郭沫若原配夫人，四川乐山市人。1912年，郭沫若在父母的包办下无奈与张琼华（1890年-1980年）结婚，实际两人并没有感情。在享受五天新婚生活后，郭沫若离家，两人没有离异，以后68年里，张琼华孤独一人一直守在郭沫若老家。1939年郭还乡时，向还在守活寡的张琼华鞠躬表示歉意。1980年张病逝于乐山，没有留下子女。
佐藤富子（郭安娜）：郭沫若的第二任夫人，1916年8月，郭来到日本东京结实了一个叫佐藤富子的女护士。之后两人自由恋爱，并且同居，为此郭沫若给她取了一个中国名字，叫郭安娜。本来以为是一段童话般的跨国爱情，但是抗战爆发后郭为了国家民族毅然决然地留下日本妻儿回到了战火中的中国。新中国成立后，郭安娜不远万里来中国寻夫，不过彼时郭沫若已经再婚……后郭安娜加入中国国籍并定居大连，后被推选为政协委员，直到1995病逝，享年101岁。此前，她把自己所有的积蓄全部捐给了中国。郭沫若与安娜生有五个子女：
长子：郭和夫是中国科学院的化学家，原中科院大连化学物理所所长。
次子：郭博是建筑家和摄影家，退休前为上海民用设计院总工程师。
三子：郭复生（亦叫佛生）是中国科学院动物所工程师。
女儿：郭淑瑀，后来与林爱信结婚，生一女林丛。林丛后留学日本，归化为日本籍，改名藤田梨那，现任日本国士馆大学文学部中国文学教授，参与创立日本郭沫若研究会。
四子：郭志鸿是中央音乐学院客座教授。
于立群，郭沫若的第三任夫人，也是陪伴他终生的一位夫人。青年时期于立群曾从事歌舞及电影表演。自幼喜爱书法艺术，以习颜字起步，后在郭沫若身边，受其熏陶指教。1938年，郭沫若跟于立群（1916年-1979年）同居，并于1939年夏补办婚礼；1979年，于立群缢死于北京故居。两人共生有四男二女：
长子郭汉英毕业于清华大学工物系，中国科学院理论物理所研究员、博导。
次子郭世英肄业北京大学哲学系，1968年受到冲击，不久从四楼坠下而死，自杀还是他杀至今成谜。
三子郭民英肄业中央音乐学院，1967年参加中国人民解放军海军，无预兆突然自杀，死因成谜。
长女郭庶英毕业于中国科学技术大学生物物理系，任北京中沛经济发展中心总经理。
次女郭平英毕业于中国人民大学国际政治系，中国社会科学院历史所副所长兼郭沫若纪念馆馆长。
四子郭建英毕业于清华大学本科，北京大学硕士，在美国电脑公司任职。著名指挥、音乐翻译评论和音乐活动家。
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