在军中得病，以子城没有陷落，他对高长恭说定阳三面环山，没有退路，只有东南，敌人必然从此突围，可以伏兵而待。高长恭按照段韶的部署，从东南包围薄弱处，引诱城内周兵突围。周兵从夜间逃走，伏兵袭击，突围的周兵和城主杨敷被俘虏。段韶病重，领军先还。因功别封乐陵郡公。九月己未（571年10月18日）病逝。追赠假黄钺、使持节、都督朔并定赵冀沧齐兖梁洛晋建十二州诸军事、相国、太尉、録尚书事、朔州刺史，谥号忠武。长子段懿嗣位。