经过七、八天的苦战,部队减员甚重,粮弹两缺。5月16日,被困在南瓜店的杏儿山,缸子口。从早晨到中午,他奋勇督战,不肯退避。在战斗中,肩部中弹,仍指挥若定。18日,日军衝上杏儿山,他身中七弹,仍呼喊“杀敌报仇”,为国为民流尽最后一滴血。1940年5月28日,国民政府为他举行国葬。中共中央在延安也举行了隆重的追悼会,并在祭文中给以高度评价。1956年以来,人民政府几次拨款重修了南瓜店等地的张公祠、衣冠冢、殉国处纪念碑。在重庆北碚梅花山,还建立了张自忠将军陵园和张自忠将军生平事迹陈列馆。