10月10日，中华民国国庆日，原平失守，日军兵临忻口。老天似有预兆，忻口连续十天的晴日开始转阴。大战前夜，郝梦龄修家书一封给妻子剧纫秋。他在信中写道：“余自武汉出发时，留有遗嘱与诸子女等。此次抗战乃民族国家生存之最后关头，抱定牺牲决心，不能成功即成仁。为争取最后胜利，使中华民族永存世界上，故成功不必在我，我先牺牲。我即牺牲后，只要国家存在，诸子女教育当然不成问题。别无所念，所念者中华民国及我们最高领袖蒋委员长。倘吾牺牲后，望汝好好孝顺吾老母及教育子女，对于兄弟姊妹等亦要照拂。故余牺牲亦有荣。为军人者，为国家战亡，死可谓得其所矣！书与纫秋贤内助，拙夫龄字。”情长纸短，字里行间，明明白白，是无比坚定的为国捐躯的决心。
战前动员会上，郝梦龄流露出了深藏已久的痛悔，字字句句情真意切，感人肺腑：“弟兄们，这回打仗不同以往。以往我们打仗，都是中国人打中国人——窝里斗！正因为我们老是窝里斗，小日本才敢闯进家里来欺负人。今天我们是为民族而战，守住阵地，不叫日本人过河。从7月7日到现在，三个月里日本人蹚过了我们中国多少条河！今天我们就是不叫他们过这条滹沱河。要是他们过了滹沱河，我们就只能去黄河南岸守摊了。真要是到了黄河……国土可就丢了一半儿啦……我不再说了，大伙看着办吧。”
11日清晨，日军以其飞机、大炮、坦克等精良武器装备，组成“立体战争”的密集火力网，向忻口南怀化阵地发起猛烈进攻。当时，首当其冲的是布防于中央地区的第九军。面对强敌，郝梦龄毫无惧色，亲临第一线指挥作战。战争进入了白热化，双方多次展开白刃肉搏战，血肉横飞，异常残酷：刺刀捅进胸膛的声音、战刀砍断肢体和脖子的声音、子弹打爆脑袋的声音，还有撕心裂肺的惨叫声和手榴弹爆炸后飘散在夜空中的人体碎片，交织成一幅悲惨绝伦的画面。《忻口战役亲历记》中有一篇回忆文章记载：某兵团阵地一个连副，与敌接近时，被敌兵刺刀戳穿肚皮，将小肠带出，但这个连副伸手将肠子纳入肚皮内，用腰带子缠住，又执刀上阵杀敌，结果，背着两颗敌兵的头回来，然后扯断肠子，壮烈牺牲。
两军对垒，武器装备实力悬殊，弱者唯一凭借的，恐怕就是三个字：“不怕死”。
两天后，南怀化主阵地被日军攻破，敌我双方步炮兵主力在南怀化东北的二〇四高地上，展开了激烈的拉锯战，战地一昼夜竟易手十三次，尸成山，血成河。第九军在夺回被敌人占领的高地时，有的团只剩下一个营的兵力。三二二团在经过反复冲杀后，只有百余人了。郝梦龄在阵地上对他们说：“先前我们一团人守这个阵地，现在只剩下一连人还是守这个阵地，就是剩下一个人，也要守这个阵地。我们一天不死，抗日的责任一天就不算完。出发之前，我已在家中写下遗嘱，打不败日军决不生还。现在我同你们一起坚守这块阵地，决不先退。我若是先退，你们不管是谁，都可以枪毙我！你们不管是谁，只要后退一步，我立即枪毙他。”他又大声问了一句：“你们大家敢陪我在此坚守阵地吗？”所有官兵齐声回答：“誓死坚守阵地！”他高兴地说：“好，将有必死之心，士无贪生之意。”并挥笔疾书“站在哪里，死在哪里”八个字，晓谕全军将士。
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15日夜，总司令阎锡山增派七个旅交给郝梦龄指挥，由正面袭击，左右两侧同时出击策应，以期夹击日军，收复南怀化。反攻前，郝梦龄对军官作战前动员：“此次战争，为民族存亡之战争，只有牺牲；如再退却，到黄河边，兵即无存，哪有长官？此谓我死国活，国活我死。”秋风带着硝烟和血腥的味道吹来，远处不时传来几声枪响和惨叫，在漆黑的夜里使人毛骨悚然。郝梦龄身穿中将军服，头戴德式钢盔，脚蹬马靴，腰间没有像别的将军那样配勃朗宁手枪，而是挂了一支匣子枪，这是他在冯玉祥手下当旅长时养成的习惯：上阵时都带匣子枪。此刻他一手按枪，一手叉腰，眺望着山下，忽明忽暗的火光照在他刚毅的脸上，像一尊雕塑，庄严肃穆，大义凛然。
16日凌晨2时，反攻开始。厮杀声、号角声、枪炮声撕碎了夜的宁静，火光映红了天空。在郝梦龄的指挥下，中国军队连克几个山头。到5时许，天色微明，郝梦龄要借着夜色，在天亮前赶到独立第五旅的前沿阵地指挥作战。官兵们告诉他，前面有一段路被敌人火力封锁，十分危险，劝他写书面命令派人送去。郝梦龄大吼：“瓦罐不离井口碎，大将难免阵前亡。”说罢，飞身向前沿阵地奔去，一路辗转腾挪，躲过敌人的明枪暗炮。在穿过离敌仅二百米的阵地时，对面突然射来了几条猛烈的火舌，子弹穿透了他的身体，郝梦龄倒在了血泊中，弥留时，仍大呼杀敌！
郝梦龄是抗战初期牺牲在疆场上的第一位军长。他从重庆折回贵州，从贵州北上山西，日夜兼程数千里，到山西仅仅十二天，便马革裹尸还。
19日，汉口《大公报》刊载了郝梦龄留给大女儿的信：“此次北上抗日，抱定牺牲，万一阵亡，你们要听母亲的教调，孝顺汝祖母老大人。至于你等上学，我个人是没有钱，将来国家战胜，你等可进遗族学校。留于慧英、慧兰、荫槐、荫楠、荫森五儿。父留于一九三七年九月十五日。”
郝梦龄遗书
1938年3月12日举行的孙中山逝世十三周年纪念大会上，毛泽东发表演讲，盛赞了郝梦龄，并说：“中华民族绝不是一群绵羊，而是富于民族自尊心与人类正义心的伟大民族……郝梦龄将军等的热血是不会白流的，日本强盗之被赶出中国谁能说不是必然的？”是啊，炮火和耻辱只会把昨日结束，不会让中华民族灭亡，中国人可以忍受流离，忍受饥苦，却不会忍受屈膝与屈服，四万万五千万中华儿女一定会用血肉把破碎的山河弥合，把将倾的华夏撑起。
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