被烧死。崇祯十六年，据《兵部为贼势已压云境等事》行稿，李自成二月十六日自太原起身，二十日过雁门关，二十一日攻宁武。据干隆年《宁武府志》，大顺军二十二日即克宁武。周遇吉墓内考古，周遗骸头骨枕骨下方，有一道清晰可见的十三厘米长的刀口，鉴定死于斩首。弘光帝追遇吉为太保，谥忠武。宁武关之战，由于周遇吉顽强抵抗，使得李闯军受到重创，三月初一日（4月7日）李自成克宁武关，死伤近十万人，《罪惟录》记「后贼陷京师，多有手足创者，皆经战宁武者也。」是役为后来的一片石战役之败预留伏笔。
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