1940年5月16日一天之内，张自忠自晨至午，一直疾呼督战，午时他左臂中弹仍坚持指挥作战。到下午2时，张自忠手下只剩下数百官兵，他将自己的卫队悉数调去前方增援，身边只剩下高级参谋张敬和副官马孝堂等8人。
不久，大群日兵已冲到面前。根据日方资料，日军第四队张自忠一等兵藤冈是第一个冲到近前的。突然，从血泊中站起来一个身材高大的军官，他那威严的目光竟然使藤冈立即止步，惊愕地愣在那里。冲在后面的第三中队长堂野随即开枪，子弹打中了那军官的头部，但他仍然没有倒下!清醒过来的藤冈端起刺刀，拚尽全身力气猛然刺去，那军官的高大身躯终于轰然倒地。这时是1940年5月16日下午4时。
张自忠为国捐躯后，遗体当天晚上被日军13师团草草埋葬在陈家集（现湖北省襄阳县内）。18日，张自忠的遗体被找到，当医疗队人员用酒精擦洗遗体全身时，看到他全身共负重伤7处，最重的是一处洞穿胸部的炮弹伤。
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