1940年5月，日军为了控制长江交通、切断通往重庆运输线，集结30万大军发动枣宜会战。5月1日，张自忠亲笔昭告各部队、各将领：“国家到了如此地步，除我等为其死，毫无其他办法。更相信，只要我等能本此决心，我们国家及我五千年历史之民族，决不至亡于区区三岛倭奴之手。为国家民族死之决心，海不清，石不烂，决不半点改变。”
张自忠率2000多人东渡襄河后，一路奋勇进攻，将日军第13师拦腰斩断。日军随后以优势兵力对张自忠所部实施包围夹攻。张自忠毫不畏缩，指挥部队向人数比他们多出一倍半的敌人冲杀10多次。日军伤亡惨重。
5月7日拂晓，张自忠东渡襄河，率部北进，同时受命以仅有对方一半的兵力围歼南北两路日军，更不幸的是，张自忠的电报密码被日军截获破译，日军当即调集两个师团另加四个大队奔袭而来。14日，双方发生遭遇战。
15日，张自忠率领的1500余人被近6000名日寇包围在南瓜店以北的沟沿里村，激战展开。下午，被炮弹炸伤右腿的他与剩下的十几名卫士奋勇抵抗，到16日下午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，一代抗日名将张自忠英勇就义！
张自忠牺牲后，人们发现他身有八处伤口，其中炮弹伤二处，刺刀伤一处，枪弹伤五处。日本人一起膜拜他的遗体，用上好木盛殓，并竖木牌，全军向他行礼。甚至在他的遗体运回后方之时，日军停止空袭一日，避免伤到他的忠骸。日军设在汉口的广播电台中断正常广播，插播张自忠阵亡的消息时称：“我皇军第三十九师团官兵在荒凉的战场上，对壮烈战死的绝代勇将，奉上了最虔诚的崇敬的默祷，并将遗骸庄重收殓入棺，拟用专机运送汉口。”
当英雄的灵柩经过宜昌时，全市下半旗，民众前往吊祭者超过十万人。