Nel 1904 incontra Sigmund Freud e, senza rinnegare le tesi di Wernicke, integra nei suoi saggi le tesi freudiane, opponendosi però a queste su un punto essenziale: "La causa principale dei disturbi psichici non è la sessualità, ma il minore o maggiore adattamento dell'individuo alla società". Carl Gustav Jung, che lavorava nell'istituto Burghölzli (celebre ospedale di Zurigo, allora diretto da Eugen Bleuler), gli diagnostica la "Dementia Praecox" ("Freud-Jung Briefwechsel" nel 1908). Ciononostante Jung cerca di coinvolgerlo e, facendo leva sulle sue conoscenze mediche, lo tratta da collega e insieme da paziente. Gross ne approfitta e fugge dall'ospedale il 17 giugno 1908. In una lettera a Ernest Jones, datata 4 giugno 1909, Jung dice che non ha mai riposto maggior fiducia in un paziente né mai si è sentito più tradito quanto nei confronti di Otto Gross. Nel 1914 viene dichiarato incapace di intendere e volere, dando al padre piena custodia sul figlio. Quando l'anno successivo il padre muore, la custodia passa a Hermann Pfeiffer. Gross trascorre gli ultimi anni vagando tra diverse capitali europee, assuefatto all'uso della cocaina, per poi morire in un sanatorio di Pankow, alla periferia di Berlino.