Broca s'interessò anche alla vita politica. Fu eletto senatore il 19 febbraio 1880. È stata riconosciuta la nuova scienza medica nella persona del nuovo senatore inamovibile, suo fondatore. Lui, fino alla fine, mantenne un comportamento esemplare, senza compromessi tra politica e medicina, continuando a essere al servizio della “Francia della scienza e della libertà”. Pochi mesi più tardi Broca fu colpito da un forte dolore al torace. Né lui, né i suoi amici compresero l'entità del dolore. Si recò ugualmente in ospedale, tenne la sua lezione, ma rincasò prima. La notte stessa fu colpito dalla morte, probabilmente per trombosi coronarica. All'epoca non esisteva questa diagnosi. Riguardo alla causa della sua morte si parlò anche di angina pectoris. L'11 luglio fu seppellito nella tomba di famiglia nel cimitero di Montparnasse.