战争前夕，第五战区司令长官李宗仁“接获可靠情报，敌人受德国闪电战胜利的刺激，也预备和我们来一个闪电战……于四月中旬集结了六、七个师团的兵力，要再到随枣地区来扫荡我五战区。”李宗仁急电重庆，要求放回何基沣投入对敌作战，但重庆国民证府军事委员会不准。当战斗激烈进行的时候，李宗仁再电重庆，重庆仍不放何基沣归队，直至张自忠在激战中与179师联系不上，孤军作战而牺牲，何基沣仍未归队。
在徐州会战中，张自忠在痛歼板垣师团两个联队，并衔尾急追，日进60公里，取得“临沂大捷”，坂垣征四郎数次羞得要自杀。在武汉会战之后，他以一对十，击毙日军3位联队长，歼敌1万3千人，最终挫敌溃退，赢得“鄂北大捷”。不久，张将军再次猛冲猛打，取得“襄东大捷”。
不过，即使军功在身，为民族独立而死和为洗清自己而死，这两种死念依然缠绕在张自忠的心底。当然，他胜利了，但他没有死，所以老百姓和记者都已承认他确实很能打仗，可要说他是民族英雄，似乎还差得远。很多人认为，这些胜仗，不过是在弥补他过去做过汉奸的罪过。而只有张将军自己知道，他从未做过汉奸，但他必须用壮烈的死来证明。
张将军平素生活简朴，从来只穿土布军装，与下级军官无异，但这一次出征，将军一反常态，竟穿上了黄呢军装。这让送行的人非常吃惊，他们后来才明白，他们的总司令已经做好了回不来的准备。5月14日，张自忠将日军第13师团拦腰切断，日军兵力是自己的1倍半，但张自忠毫不畏惧，屡次下令冲锋。
日军屡屡受挫，奇怪这支中国军队何以如此倔强，获悉是张自忠亲自带队，15日便大举增兵，以1万兵力，分南北两路，夹击包围张自忠，以期铲除心患。5月16日，张将军布阵十里长山，日军以飞机和大炮配合轰击，弹如雨下，革.命军阵变成一片火海。张自忠身材高大，穿着耀眼的黄呢军装，目标明显，日军更是从3个方向，用交叉火力，向他那里射击。中午，张将军左臂中弹，但他坚持着，给第5战区司令部写下最后一份报告。然后，他告诉副官：“我力战而死，自问对国家，对民族可告无愧。”
此时，日军包围圈尚有东北角一个缺口，但谁都可以突围，惟张将军是没有权力撤退的，他不能因为做逃兵而勾起公众丰富的联想，于是，他让苏联顾问和文艺兵冲出了缺口。下午3点，张将军腰部中弹，右肩右腿被炮弹皮炸伤，只能卧地指挥。
在生命的最后一刻，将军又中3弹，却猛然站起，被身后的日本兵射杀，另一名日本兵跑上前去，用枪托击碎他的头颅，把刺刀插进他的腹部……这一刻，张将军知道，他绝对不再是汉奸了，他将是永远的民族英雄。
张自忠殉国当日(1940年5月16日)，由38师师长黄维刚带领敢死队，端着轻机枪于16日夜间突袭南瓜店，奋勇抢回了张自忠的遗骸。日军则下令停止飞机轰炸，以免伤到张自忠遗体。张自忠的尸骨运回后方后，经检视，张自忠身有八处伤口，其中炮弹伤二处，刺刀伤一处，枪弹伤五处。随后，将军遗体被运往当时的战时首都重庆安葬，路经宜昌时，十万军民恭送灵柩至江岸，其间日机三次飞临宜昌上空，但祭奠的群众却无一人躲避，无一人逃散。
