、大炮向丰镇南门阵地和丰镇火车站猛烈进攻，张成义使用长城抗战时的战术，避敌锋芒，近战狠打，指挥我军依据工事殊死抵抗，打退了敌人一波又一波的冲锋。日寇见攻击进展缓慢，不惜使用重达500多公斤的重型炸弹，对我军阵地进行疯狂轰炸，国民兵官兵伤亡惨重。
日寇派兵迂回至城东北，截断平绥铁路，将我军护路铁甲车击毁，并占领云留山高地。云留山虽高不足20米，但此山距东门仅300余米，登此山丰镇全城可尽收眼底。东门附近张成义的指挥部就暴露在日寇的火力威胁之下，城内我军腹背受敌。在日寇飞机、大炮集中火力猛烈轰炸下，午后3时，丰镇县城南门被摧毁，日寇在战车掩护下乘势突入城内我军守兵伤亡过多，抢堵不及，城遂失陷。
张成义率残存部队与敌人展开激烈巷战，双方拼死肉搏。张成义在坚守司令部大院时腿部负伤，卫兵要背他突围，他说：“我腿已断，不要管我。我决心殉国，以报效国家。”当日寇突破司令部大门时，张成义在司令部北墙执手提枪掩护战友突围，激战中张成义伤重昏迷，不幸落入日寇之手。日寇得知他是高级将领，企图诱降他，张成义大义凛然，宁死不屈。残暴的日寇在城东北云留山东崖灵岩寺前河滩上，将张成义架到木柴上，浇上汽油活活烧死。一代虎将张成义将军就这样壮烈殉国，时年39岁。