午后时分，炮尽矢穷，卢象升与清军短兵接战。

面对清军夹击，明军死伤惨重，虎大威挽住卢象升的马，劝他突围。

卢象升说：“将军死绥（暗示自己突围也会被处死），有前无却！”

随后跃马驰入清军阵中。

他左乳先中一箭，将箭抽去，挥刀再战；其后腰又中一箭，左右大腿各中一箭，仍然扶伤强力支持。

清兵蜂涌而上，卢象升左脑中一刀，右胆中一刀，面门中一刀，一共中四箭三刀，终于倒地殉国。

他麾下的掌牧杨陆凯害怕卢象升的遗体遭清军骑兵践踏，扑在卢象升的尸体上，背中二十四箭而死。

卢象升阵亡第二天，死讯尚未传到京师，。

此时，崇祯帝仍斥责卢象升“侦探不明，调度无方，坐视各邑沦陷，毫无救济，向日敢战之谈，显是沽名欺众”。

十二月十五日，先前突围的副总兵刘钦，在战场上找到卢象升的遗体，甲下穿麻衣（服父丧），并有督师关防。

他将遗体抬到新乐县，交给卢象升麾下的赞画杨廷麟（之前被卢象升派去向来援的孙传庭乞粮）。

杨廷麟又将遗体运至真定东关，加以清洗，只见卢象升“怒目嗔视，凛凛如生”。

大名、广平、顺德三府民众“不分少长男女，皆为流泣，甚有痛其亡发狂疾死者”。其后，顺德知府于颖上奏卢象升的死状。

到十二月二十二日，杨嗣昌才确认卢象升已殉难。

翌年，崇祯十二年（1639）二月初八日，卢象升的遗体被许德士安放棺中，同年秋运回故乡埋葬。

尽管卢象升已确认战死，但卢象升的家属请求褒恤时，崇祯帝不允。

直到杨嗣昌死后，崇祯帝才赠卢象升太子少师、兵部尚书，赐祭葬。

由于大明朝廷内部的政见分歧，杨嗣昌、高起潜未能与总督天下援兵的卢象昇良好配合。

导致卢象升战死于巨鹿贾庄，七十余城先后失守，四十六万人被俘（包括德王朱由枢）。

一直到到崇祯十二年（1639年）三月，清军方才扬长而去。