1937年7月28日,北平大戰(zhàn)開始。
北京城外的南苑,佟麟閣所在的第二十九軍司令部遭受40余架敵機(jī)的輪番轟炸,并有3000人的機(jī)械化部隊從地面發(fā)動猛烈攻擊。佟麟閣與132師師長趙登禹誓死堅守陣地,指揮二十九軍拼死抗擊。戰(zhàn)斗進(jìn)行得十分激烈。后奉命向大紅門轉(zhuǎn)移,途中再遭致日軍包圍,在組織部隊突擊時,被機(jī)槍射中腿部,頭部再受重傷,流血過多,壯烈殉國。
毛澤東同志曾高度評價佟麟閣等國民黨抗日將領(lǐng),稱贊他們“給了全中國人民以崇高偉大的模范”。
1937年7月31日南京國民政府發(fā)布命令,追授佟麟閣為陸軍上將。