崇禎十一年十二月十日，盧象升進駐钜鹿賈莊。
當地生員姚東照助糧七百斛，士氣稍振。
高起潛此時就駐紮在五十裡之外的雞澤，指揮關寧鐵騎。
盧象升派人聯絡，期望次日清晨合兵一處，與清軍決戰。
然而高起潛不應，東走臨清。
十二月十一日晨，盧象升“自誓必死”，走出營帳，先四麵拜，然後訓示部眾說“吾與將士同受國恩，患不得死，不患不得生。”
眾官兵“皆泣，莫能仰視”。
之後，盧象升率師出征，在蒿水橋遭遇清軍，他領中軍，虎大威領左軍，楊國柱領右軍，激戰一天，雙方均有頗多傷亡。
盧象升身先士卒，戰鬥直到深夜，盧象升才回營帳略微的休息一會兒。
十二日晨，清軍以優勢兵力將明軍的賈莊大本營層層包圍，將士們見狀“殊無人色”，盧象升反而“氣彌勵”。
他有條不紊地排兵布陣，在“南、北、中布巨炮，挾以弩矢，隅中開壁迎敵，士皆殊死戰”。
午後時分，炮儘矢窮，盧象升與清軍短兵接戰。
麵對清軍夾擊，明軍死傷慘重，虎大威挽住盧象升的馬，勸他突圍。
盧象升說“將軍死綏（暗示自己突圍也會被處死），有前無卻！”
隨後躍馬馳入清軍陣中。
他左乳先中一箭，將箭抽去，揮刀再戰；其後腰又中一箭，左右大腿各中一箭，仍然扶傷強力支持。
清兵蜂湧而上，盧象升左腦中一刀，右膽中一刀，麵門中一刀，一共中四箭三刀，終於倒地殉國。
他麾下的掌牧楊陸凱害怕盧象升的遺體遭清軍騎兵踐踏，撲在盧象升的屍體上，背中二十四箭而死。
盧象升陣亡第二天，死訊尚未傳到京師，。
此時，崇禎帝仍斥責盧象升“偵探不明，調度無方，坐視各邑淪陷，毫無救濟，向日敢戰之談，顯是沽名欺眾”。
十二月十五日，先前突圍的副總兵劉欽，在戰場上找到盧象升的遺體，甲下穿麻衣（服父喪），並有督師關防。
他將遺體抬到新樂縣，交給盧象升麾下的讚畫楊廷麟（之前被盧象升派去向來援的孫傳庭乞糧）。
楊廷麟又將遺體運至真定東關，加以清洗，隻見盧象升“怒目嗔視，凜凜如生”。
大名、廣平、順德三府民眾“不分少長男女，皆為流泣，甚有痛其亡發狂疾死者”。其後，順德知府於穎上奏盧象升的死狀。
到十二月二十二日，楊嗣昌才確認盧象升已殉難。
翌年，崇禎十二年（1639）二月初八日，盧象升的遺體被許德士安放棺中，同年秋運回故鄉埋葬。
儘管盧象升已確認戰死，但盧象升的家屬請求褒恤時，崇禎帝不允。
直到楊嗣昌死後，崇禎帝才贈盧象升太子少師、兵部尚書，賜祭葬。
由於大明朝廷內部的政見分歧，楊嗣昌、高起潛未能與總督天下援兵的盧象昇良好配合。
導致盧象升戰死於巨鹿賈莊，七十餘城先後失守，四十六萬人被俘（包括德王朱由樞）。
一直到到崇禎十二年（1639年）三月，清軍方才揚長而去。