1940年5月1日，15萬日軍向襄河東岸第5戰區部隊發動大規模進攻，棗宜會戰打響。張自忠一麵下令襄河東岸部隊分頭迎敵，一麵指示西岸部隊做好出擊準備。張自忠親筆寫信，告諭59軍各師、團主官：
隻要敵來犯，兄即到河東與弟等共同去犧牲。國家到了如此地步，除我等為其死，毫無其他辦法。更相信，隻要我等能本此決心，我們的國家及我五千年曆史之民族，決不致亡於區區三島倭奴之手。為國家民族死之決心，海不清，石不爛，決不半點改變！願與諸弟共勉之。
5月7日拂曉前，張自忠帶領手槍營和74師，從宜城窯灣渡口渡過寬闊浩蕩的襄河，奔赴河東戰場。15日拂曉，張自忠僅率2000餘人截擊由襄陽沿漢水南下的日軍，一舉將其趕到方家集。
為阻敵人南逃，張自忠下令猛烈攔擊行進之敵，他率隊向人數比他多一倍半的日軍衝殺10餘次。日軍傷亡慘重，不明白這支中國軍隊何以這樣能戰，忙調集重兵5000餘人南北夾擊方家集，企圖消滅這支勁敵，以絕後患。
15日夜，張自忠率74師兩團及特務營突出重圍，向鍾祥方向開進，以阻止日軍大部隊渡河西進之企圖。
16日拂曉，日軍獨立混成第18旅團以優勢兵力，攻占罐子口兩側高地以炮火集中轟炸張自忠部隊，敵我雙方混戰廝殺。8時，鍾祥方麵日軍5000餘人趕到，發動猛攻。鏖戰到午時，張自忠身邊僅餘不到千人。但官兵士氣旺盛，視死如歸，與敵人展開了白刃戰，附近山頭得而複失4次。最終由於敵我兵力過於懸殊，張自忠被迫退入南瓜店十裏長山。
此時，日軍的飛機、大炮已將南瓜店轟成一片火海。如果張自忠決定西渡漢水，或東撤大洪山，均可脫離險境。為保護總司令安全，部下多次勸他退走。張自忠厲聲拒絕，說：“我奉命截擊，豈有自行退卻之理？”就這樣張自忠自早晨一直到中午，都在率軍督戰，即便左臂不幸中彈，仍堅持指揮作戰。
激戰至下午2時，張自忠手下隻剩下數百官兵，跟在張自忠身邊的手槍營士兵一麵衝上去抵擋日軍，一麵高喊：“總司令快走！總司令快走！”不料，喊聲引起日軍的注意，日軍加緊了圍攻。到了下午4時，部隊傷亡殆盡，張自忠身邊隻餘高級參謀張敬和副官馬孝堂等幾人。張自忠說：“我力戰而死，自問對國家、對民族、對長官，可告無愧，良心平安！”稍後，張自忠腰部又被機槍子彈擊中，他臥倒在地浴血奮戰。日軍步兵已衝至跟前，多處負傷的張敬高參舉槍擊斃數名日軍後，被蜂擁而上的日軍用刺刀捅死，此時張自忠已經身中數處重創，英勇陣亡。
1940年5月16日下午4時，一代抗日名將——張自忠壯烈殉國。