В дальнейшем старший сержант З. А. Самсонова участвовала в Киевской наступательной, Киевской оборонительной и Житомирско-Бердичевской операциях, освобождении города Житомира. В конце ноября 1943 года дивизия, в которой служила санинструктор Самсонова, была переброшена на Белорусский фронт. В ходе Калинковичско-Мозырской наступательной операции 27 января 1944 года в бою за белорусскую деревню Холма (Гомельская область) старший сержант Зинаида Самсонова погибла от пули немецкого снайпера при попытке вынести раненого солдата с нейтральной полосы. Похоронена в братской могиле в посёлке Озаричи Калинковичского района Гомельской области Республики Беларусь.