大红门方向撤退途中，遭遇埋伏在此的日军袭击。赵登禹当场阵亡，得年39岁。
纪念.赵登禹阵亡后，国共双方都对其做出积极评价。1937年7月31日南京国民政府发布命令，追赠赵登禹为陆军上将。1947年，北平市政府将北沟沿大街改名为赵登禹路，以示纪念。中华人民共和国成立后，人民政府向赵登禹的家属颁发了由毛泽东签署的烈士证书。在中华民国台北大直的忠烈祠也供奉有赵登禹烈士的牌位。赵登禹阵亡后，其遗体先被红十字会掩埋，后被龙泉寺僧人收殓。抗日战争胜利后，1946年，在中山公园举办赵登禹、佟