正当部队打开通往三交镇道路的时候，敌人的一挺机枪，迎面封锁了我军前进的道路。刘志丹伏在山头上的一个棱坎后面，一手撑着地，一手拿着望远镜，观察了一会儿，对裴周玉说：“特派员，你看见了吗?机枪是从小庙旁边那个碉堡里打出来的，等会儿部队冲上去一定要把它夺过来，带给陕北根据地人民做纪念。”裴周玉立即回答道：“好，一定夺过来，敌人活不了几个钟头啦！”

    此时此刻，刘志丹看到：有的连队成排或几十个人向敌人一个碉堡发起冲锋，但都被敌人强大的火力阻击，战士们的伤亡很大。他甚至看到黄光明团长亲自带领一个排向敌堡冲锋陷阵。刘志丹随即把参谋叫到跟前，要他马上去转告第一团：不能光凭勇敢蛮拼，要讲究战术，以最小的代价，夺取最大的胜利。参谋领受任务后，即刻向前飞奔而去。这时，山包上只剩下刘志丹、警卫员和裴周玉3个人了。

    他们迎风站在山头高处，观察着周围的一切动静，密切注视着战斗的进展。突然，敌人的一挺机枪射来一梭子弹，正好射中刘志丹的胸部，他两手往胸前一抱，踉跄着要跌倒下去。眼疾手快的裴周玉见此情景，猛地一惊，一个健步跑过去，一把将刘志丹抱住，急忙喊道：“警卫员，快去叫医生！”

    裴周玉发现子弹是从刘志丹左胸部穿过去的，碰着了心脏，伤口处流血很少，只见他的土灰色棉军衣的左胸处有个枪弹打穿的洞孔。他面色变得蜡黄，呼吸极度微弱，昏迷过去。裴周玉急忙把刘志丹抱到山坡后边，找个隐蔽平坦的地方放下。

    稍待片刻，刘志丹神志略微清醒，睁开了眼睛，环顾四周，想用双手撑着身体坐起来，用劲抓住裴周玉的手，以极微弱的声音说：“让宋政委……指挥部队，赶快消……灭敌人……”只见他嘴唇动了几下，但再也听不见声音了。医生赶到时，刘志丹的心脏已经停止了跳动，年仅33岁。时间是1936年4月14日。裴周玉护送刘志丹灵柩回到陕北。

    1943年4月23日，在延安各界公祭刘志丹大会上，朱德代表党中央和八路军在主祭词中说，“刘志丹是创造红军的模范”，他的“这种精神和毅力，就是建军的基本条件”，“如果有人要问共产党员是什么样子，那么就请看刘志丹同志”。毛泽东题词云：“群众领袖，民族英雄！”周恩来的赞词是：“上下五千年，英雄万万千，人民的英雄，要数刘志丹。”