之後盧督師就率軍出征，但在蒿水橋就遭遇了部分滿蒙聯軍，見此情況盧督師便帶領中軍、再由明山西總鎮總兵：虎大威，率領左軍、明宣府總鎮總兵：楊國柱，率領右軍，負責與滿蒙聯軍激戰一整日，期間雙方互有傷亡。
黃昏十分滿蒙聯軍才狼狽撤軍，盧督師也勒令停止追擊讓將士們回營休息。
12月12日辰時，撤退的滿蒙聯軍召集了附近的隊伍，以絕對優勢的兵力反將盧督師帶領的這股明軍給逼退進賈莊，並層層包圍，明軍將士們見狀個個驚慌失措，僅有盧督師顯得格外沉著冷靜，反而鼓勵大家殺敵報國的時候到了。
為此盧督師還有條不紊地排兵布陣，在南、北、中，三處各自布下了火炮，在以火銃隊與弓弩手居中覆蓋射擊，騎兵則左右兩側包抄，因此當敵人進攻時各營明軍皆殊死搏鬥。
午後時分，炮聲接連不斷滿蒙聯軍車輪戰的衝擊也持續著，不一會兒就趁著明軍裝彈換藥之趁，突破防線與明軍步兵短兵接戰，而滿蒙聯軍騎兵先以弓弩射擊過來，在衝擊明軍陣營。
麵對滿蒙聯軍的前後夾擊，導致明軍死傷慘重，左翼防禦被滿蒙聯軍突破，明山西總鎮總兵：虎大威，連忙趕來挽住盧督師的馬，勸他趕緊突圍以免被俘。
但大義淩然的盧督師卻說道“督師死綏（暗示自己突圍也會被朝廷處死），有前無卻！”
隨後便躍馬殺入滿蒙聯軍陣中，明山西總鎮總兵無奈隻能下令部下邊打邊撤，很快右翼的明宣府總鎮總兵：楊國柱，陣地也被四麵八方衝擊而來的敵軍殺得部下潰不成軍，嚇得他頭也不回的趕緊跑路。
最終戰場上就隻剩下盧督師的中軍部隊「天雄軍」，以及少數被包圍而無法撤退的數千明軍，竟全部成了滿蒙聯軍弓弩射擊的活靶子！
就連盧督師也在砍殺敵軍時，左肩先中一箭，但將箭抽去揮刀再戰，可其後腰又中一箭，外加左右大腿各中一箭，儘管如此他仍然扶傷強力支持。
最後滿蒙聯軍蜂湧而上，盧督師左腦中一刀、右膽中一刀、麵門中一刀，一共中了四箭三刀，才徹底倒地殉國！
身邊激戰的明天雄軍中營掌牧：楊陸凱，害怕盧督師的遺體會遭到滿蒙騎兵的踐踏，便撲在盧督師的屍體上，導致背中二十四箭而死，其餘被包圍的明軍將士們也都相繼陣亡，全部殉國無一人投降。
壯哉一代英雄盧督師！
就在盧督師陣亡的次日，死訊還尚未傳到京師，明毅宗仍斥責盧督師偵探不明，調度無方，坐視北直隸各州府縣相繼淪陷，卻毫無救濟之法，向日敢戰之談，顯是沽名欺眾。
同時正在東進入廣平府威縣境內的明宣大監軍，遇到了逃離出來的明山西總鎮總兵以及明宣府總鎮總兵，得知盧督師陣亡的消息後非常驚恐失措。
又害怕滿蒙聯軍會追擊而來，便下令軍隊緊行軍二十裡，不料竟然還遭遇了滿蒙聯軍，被正麵打個措手不及，關寧鐵騎落荒而逃，僅有宣大明軍抵擋了一會兒滿蒙聯軍的進攻。
這也讓明宣大監軍：高起潛，徹底看清了關寧軍的實力，還遠不如天雄軍甚至宣大明軍厲害。
12月15日，先前突圍的明保定府副總兵：劉欽，在戰場上找到了盧督師的遺體時，發現其鎖子甲內穿著喪服麻衣，並有督師關防大印，便把他的遺體抬到真定府新樂縣，交給之前被盧督師派去向調來京師勤王的明兵部左侍郎兼陝西總鎮巡撫：孫傳庭，要糧餉的明兵部職方武選清吏司主事兼天雄軍讚畫：楊廷麟，讓他處理。
因此明兵部武選清吏司主事就把遺體運回真定府東關，加以清洗。
隻見盧督師遺體怒目嗔視，凜凜如生，北直隸大名府、廣平府、順德府，三地軍民不分老少男女，皆為其哭泣奔喪，甚有痛其亡發狂疾死者。
其後明順德府知府：於穎，見狀便上報朝廷盧督師陣亡的死狀。
12月20日，明毅宗：朱由檢，下詔傳明陝西三邊總督：洪承疇，率軍入衛，與明兵部左侍郎兼陝西總鎮巡撫：孫傳庭，一起為援軍同行。
到12月22日，明兵部尚書：楊嗣昌，才了確認盧督師已殉難的事情。
不過這也讓明武經略：劉宇亮，抵達保定府大寧都指揮使司時，就聽說盧督師陣亡的消息後，他大驚失色連忙下真定府安平縣，怎料夜不收探報又稱；東虜建奴賊兵將至，相顧無人，急忙逃跑到晉州躲避。