劉誌丹幾乎忘記了身邊的危險，差不多完全暴露在敵人的火力麵前。劉誌丹那氣勢軒昂的表情，真像恨不得要一口把敵人吞下去似的。不料就在這時，苟延殘喘的敵人似乎發現了目標，突然，就是敵人的那挺重機槍射來一串罪惡的子彈，其中一顆子彈擊中了劉誌丹的左胸。劉誌丹搖晃著身子要跌倒下去，但他晃了兩下，很快又站住了，他咬牙怒視著對麵的敵人。
警衛員驚呼一聲，撲了上去，忙把劉誌丹扶住，趕快叫人去叫醫生。
劉誌丹又抬起頭，看著快要衝上山頭的紅軍戰士，他的臉上出現了滿意的笑容。這時，殷紅的鮮血已滲出了他的棉衣。子彈是從劉誌丹的左胸部穿進去的，傷到了心髒。傷口處流血不多，可能血流進了肚裏。劉誌丹的臉色慢慢變得蠟黃，呼吸極度微弱，神誌有些恍惚，但他仍然以頑強的毅力，微微睜開眼睛，斷斷續續地告訴身邊的同誌：“讓宋政委……指揮部隊……趕快……消滅……敵人，堅決把三交鎮攻下來！”說完，就昏過去了。
戰士們立即把劉誌丹抬下了陣地，送到了28軍指揮部。宋任窮跪下身來摸著劉誌丹的脈搏，但已經感覺不到他的脈搏了。宋任窮就這樣緊緊拉著劉誌丹的手，眼睜睜地看著這位優秀共產黨員、陝北人民的領袖慢慢地合上眼睛，在自己麵前溘然長逝了。
劉誌丹犧牲時年僅33歲，他為中國人民的解放事業貢獻出了年輕的生命，流盡了最後一滴血。
跟隨劉誌丹的戰士們輕輕地把劉誌丹的遺體放進擔架。宋任窮政委從警衛員手裏接過劉誌丹生前穿過的那件稱作“火龍衣”的舊大衣，輕輕地蓋在烈士的遺體上，抬著擔架一步步送下陣地，然後看著戰士們抬起敬愛的戰友劉誌丹的遺體，慢慢地向山下走去，越走越遠。這時，隻見那些趕來的戰士們一層又一層地跟在劉誌丹的遺體旁邊，一個個無不萬分悲痛，紛紛脫下軍帽，緊捏鋼槍，胸中都燃燒著複仇的烈火。
宋任窮一邊向黨中央電告噩耗，一邊趕緊籌劃船隻，製作棺木裝殮劉誌丹的遺體，然後親自帶著戰士，把劉誌丹的靈柩運往黨中央所在地瓦窯堡。臨行前，所有在場的人都是扶棺揮淚，讓天地動容。
當時毛澤東正在東征的前線。當運送劉誌丹靈柩的隊伍來到康城時，宋任窮立即向毛澤東彙報了劉誌丹犧牲的經過。
劉誌丹的遺體被運回瓦窯堡後，周恩來等領導同誌十分悲痛。周恩來當即悲痛地說：“誌丹是個好同誌，他的犧牲是紅軍的重大損失，我們要永遠紀念他。”
劉誌丹犧牲後，黨和人民給予他非常高的評價。為了全麵、客觀、公正地評價劉誌丹光輝而短暫的一生，周恩來在代表中共中央起草悼詞時，曾找了許多陝甘蘇區的同誌了解劉誌丹當年的情況。紅28軍王世泰團長當時正在瓦窯堡養傷，他是一直跟隨著劉誌丹出生入死幹革命的。周恩來為了了解情況，和王世泰團長一個人就長談了兩三個小時，中間還不時地插話，詢問當年的一些細節。
1936年4月23日，周恩來親視入殮，並代表中共中央和還在東征前線的毛澤東及其他領導人親切慰問了劉誌丹的家屬。
4月24日，中共中央在瓦窯堡隆重地舉行了追悼大會，西北根據地首府、中央機關和瓦窯堡市數千人集會，沉痛追悼劉誌丹將軍，廣大群眾和紅軍指戰員莫不為失去這樣一位像自己親人一樣的紅軍領導人而無比悲慟。“沙場喋血報黨國，留得萬民哭誌丹”正反映了當時人們的心情。劉誌丹將軍的優秀品質和對革命事業的傑出貢獻，使他在紅軍和人民中贏得了很高的威信，當他犧牲的噩耗傳出後，陝北高原為之悲哀，萬裏黃河頓失滔滔。
周恩來親自主持追悼大會，並在悼詞中高度評價劉誌丹是黨的好兒子、人民的英雄，他的英雄業績，永遠值得我們懷念。會後，劉誌丹烈士的遺體由周恩來等中央領導同誌親自護送，秘密安葬在瓦窯堡城南水溝坪山腳下。