1940年5月16日，张率第七十四师与日军在方家集激战。张部随身官兵仅2,000人，而日军步骑在4,000人以上，炮20余门，遂分左右向张部包围于南瓜店。张所部官兵在激烈的攻防战斗中仅剩1,500余人。国军伤亡殆尽，张在枪林弹雨中指挥，肩部已中弹，仍誓不退后，所有官兵均一致以最后生命，争持南瓜店阵地。属下警卫员谷瑞雪劝其向东南山口撤退，但遭张拒绝并亲自到阵前指挥攻击，身中5弹却仍不退后。未几张将军再中一弹，拟拔枪自尽，为属下阻止，张终声竭而殉国。张在弥留之际，喃喃说道：“我这样死，对国家，对长官，对人民，良心平安”后，欲持佩枪自戕，为部下夺枪阻止；日军随后在大约16:00时分攻破张指挥部，张最终壮烈殉国，其麾下之第七十四师官兵亦全部战死。 日军把张遗体审认无误后，在方家集征调来一口棺木盛殓，并竖木牌，墓碑上书：“支那大将张自忠之墓”；当天深夜，日军设在汉口之广播电台插播张自忠阵亡消息。第三十八师师长黄维纲获报后，组织了一支敢死队将遗体夺回，5月18日送回集团军司令部，以上将礼服重殓，经宜昌转送回重庆。张将军殉国后，国府明令褒扬特予国葬，追晋陆军二级上将。5月28日，灵柩抵达重庆，蒋介石率军事委员会的高级将领与国民政府五院院长亲临致祭，蒋介石抚棺痛哭。之后蒋委员长亲题“英烈千秋”石碑，树立于山麓，以示永远的悼念。从此，一代英魂长眠于梅花山下，留给世人无限的怀念与景仰。

张自忠将军墓位于重庆市北碚区梅花山麓