，故多路日军均向麻田方向急进。警卫连仅仅200多人顽强地抵御着2000多日伪军的轮番进攻。敌军多次冲击失败后，便发射信号弹，召来了更多的援兵，射向守军阵地的火力更加炽密。日军铺天盖地的炮火将虎头山一线轰得地动山摇，步兵随着遮天蔽日的烟尘直逼八路军阵地。为保证八路军总部的安全转移，左权不顾周围炮弹不断爆炸掀起的气浪，站在虎头山后面的山头上沉着地指挥战斗。他心里不仅想着总部各部门的安全，也惦记着群众的安危。当他看到附近山上还有群众没有脱离险境时，便命令警卫连长唐万成从已经十分吃紧的兵力中抽出一部分兵力吸引敌军，以便让群众转移。直到安排妥当，左权才不慌不忙地走下山去。
5月25日上午，突围队伍仍然未脱离险境，在南艾铺、高家坡一线的山沟里，集结着八路军总部、北方局、党校、新华社的几千人马，四周都是激烈的枪炮声，日伪军以"纵横合击"战术构成的包围圈在一步步地收紧。天空中，日军飞机也不时地投弹、扫射，受惊的骡子狂奔乱跳，将密集的突围队伍挤堵在狭窄的山沟中。眼看秩序大乱，左权不顾日军飞机的威胁，跳上一匹黑骡子，跑前顾后地把混乱的队伍重新集合起来，加快了行军速度。左权一边指挥突围，一边观察着战场情况的变化，他根据日军飞机反复投弹扫射，以及千米之外响起的密集枪弹声判断，兵力占极大优势的日伪军已经发现了合围目标，必须尽快采取果断措施，冲出包围圈。左权率司令部和北方局机关人员为1纵队，沿清漳河以东由南向北突围；罗瑞卿率野战政治部直属队和党校、新华日报社为2纵队，由政卫连掩护向东面突围；后勤部门为第3纵队，由杨立三率领向东北角冲出重围。日伪军发觉了八路军分路突围的意图，迅速收缩合围圈，并将一簇簇炮弹砸向密集的人群，给突围的人们造成了极大的混乱和恐慌。面对这一极度危险处境，左权一边鼓舞士气，一边迅速督促彭德怀赶快转移。他说：“你的转移，事关重大，只要你安全突出重围，总部才能得救。”彭德怀关注着仍围在合围圈里的大批战友、同志，坐在高大的马背上就是不挪动。左权急了，以强硬的口气命令唐万成：“连人带马，给我推！”彭德怀被感动了，挥起马鞭，在警卫战士的掩护下，向西北方向疾驰而去。目送彭德怀离去后，左权又奔向司令部直属队，继续指挥着大队人马的突围行动，他的身体这时已虚弱得很厉害，但仍然尽全力招呼着每一个人。午后2时，在十字岭高家坡，利用短暂的休整，左权用嘶哑的声音激励着已极其疲劳的队伍：“同志们，尽管敌情严重，大家不要慌。我们要胜利，就得一齐冲。一齐冲就要听从指挥，只要冲过前面一道封锁线，我们就安全了。”尽管突围形势愈加严峻，左权仍然要求警卫战士“要警卫总部机密，要保护电台，保护机密材料，保护机要人员！”并立即采取措施，将身边的参谋人员、警卫战士分散到电台和机要人员中去。
当左权交待完上述任务后，看到了唐万成。当唐万成告诉他“彭总已冲过封锁线，现在你快跟我走吧！”左权拒绝了，坚决命令唐万成赶快去追上彭总。在他看来，彭总的安全远比自己的安全重要，这涉及到八路军的荣誉啊！现在自己的职责就是指挥突围。看着身为八路军副总参谋长的左权将军，拖着虚弱的身子像普通战士一样在炮火中奔跑，唐万成实在不忍心，他执拗地紧紧攥住首长的胳膊不放。左权气极了，拔出左轮手枪，喝令道：“你要懂得，要是彭总有个三长两短，我要枪毙你！”唐万成只得松开手，掉转身朝彭总突围的方向赶去。太阳偏西了，日军的炮火依然很猛烈。左权从容地指挥队伍继续突围，他登上一块高地，尽管他声音更加嘶哑了，还是一遍又一遍地高喊道：“不要隐蔽，冲出山口就是胜利，同志们快冲啊！”当队伍冲向敌军最后一道封锁线时，敌人火力更加凶猛。突然，一发炮弹落在左权身边，他不顾危险，高喊着让大家卧倒。接着第二发炮弹又接踵而至，左权的头部、胸部、腹部都中了弹片。就这样，一位才华横溢、智勇双全的八路军高级将领，为了拯救民族的危亡，过早地失去了年轻而宝贵的生命
名将阵亡，太行山为之低咽！左权牺牲的消息传开后，举国同哀。中共中央北方局和十八集团军野战政治部颁发《关于追悼左权同志的决定》，号召全军将士继承左权遗志，坚持华北敌后更加艰苦的斗争，直到抗战最后胜利。朱总司令写诗悼念忠魂：“名将以身殉国家，愿拼热血卫吾华。太行浩气传千古，留得清漳吐血花。”为纪念左权，晋冀鲁豫边区政府决定将辽县改名为左权县，太行人民谱写了一曲脍炙人口的《左权将军之歌》，以永远怀念这位把热血洒在这块土地上的英雄。
左权是抗日战争中牺牲的最高将领。周恩来称他“足以为党之模范”，朱德赞誉他是“中国军事界不可多得的人才”。作为军队优秀的理论家，左权短暂的一生留下了丰厚的军事遗产。他著有《论坚持华北抗战》、《埋伏战术》、《袭击战术》、《论军事思想的原理》等军事论文，并与刘伯承合译《苏联红军新的步兵战斗条令》。他所阐述的军事思想，构成了毛泽东军事思想的一个组成部分。1988年10月，中央军委正式确认他为军事家，收入《中国大百科全书》。