之后卢督师就率军出征，但在蒿水桥就遭遇了部分满蒙联军，见此情况卢督师便带领中军、再由明山西总镇总兵：虎大威，率领左军、明宣府总镇总兵：杨国柱，率领右军，负责与满蒙联军激战一整日，期间双方互有伤亡。
黄昏十分满蒙联军才狼狈撤军，卢督师也勒令停止追击让将士们回营休息。
12月12日辰时，撤退的满蒙联军召集了附近的队伍，以绝对优势的兵力反将卢督师带领的这股明军给逼退进贾庄，并层层包围，明军将士们见状个个惊慌失措，仅有卢督师显得格外沉着冷静，反而鼓励大家杀敌报国的时候到了。
为此卢督师还有条不紊地排兵布阵，在南、北、中，三处各自布下了火炮，在以火铳队与弓弩手居中覆盖射击，骑兵则左右两侧包抄，因此当敌人进攻时各营明军皆殊死搏斗。
午后时分，炮声接连不断满蒙联军车轮战的冲击也持续着，不一会儿就趁着明军装弹换药之趁，突破防线与明军步兵短兵接战，而满蒙联军骑兵先以弓弩射击过来，在冲击明军阵营。
面对满蒙联军的前后夹击，导致明军死伤惨重，左翼防御被满蒙联军突破，明山西总镇总兵：虎大威，连忙赶来挽住卢督师的马，劝他赶紧突围以免被俘。
但大义凌然的卢督师却说道“督师死绥（暗示自己突围也会被朝廷处死），有前无却！”
随后便跃马杀入满蒙联军阵中，明山西总镇总兵无奈只能下令部下边打边撤，很快右翼的明宣府总镇总兵：杨国柱，阵地也被四面八方冲击而来的敌军杀得部下溃不成军，吓得他头也不回的赶紧跑路。
最终战场上就只剩下卢督师的中军部队「天雄军」，以及少数被包围而无法撤退的数千明军，竟全部成了满蒙联军弓弩射击的活靶子！
就连卢督师也在砍杀敌军时，左肩先中一箭，但将箭抽去挥刀再战，可其后腰又中一箭，外加左右大腿各中一箭，尽管如此他仍然扶伤强力支持。
最后满蒙联军蜂涌而上，卢督师左脑中一刀、右胆中一刀、面门中一刀，一共中了四箭三刀，才彻底倒地殉国！
身边激战的明天雄军中营掌牧：杨陆凯，害怕卢督师的遗体会遭到满蒙骑兵的践踏，便扑在卢督师的尸体上，导致背中二十四箭而死，其余被包围的明军将士们也都相继阵亡，全部殉国无一人投降。
壮哉一代英雄卢督师！
就在卢督师阵亡的次日，死讯还尚未传到京师，明毅宗仍斥责卢督师侦探不明，调度无方，坐视北直隶各州府县相继沦陷，却毫无救济之法，向日敢战之谈，显是沽名欺众。
同时正在东进入广平府威县境内的明宣大监军，遇到了逃离出来的明山西总镇总兵以及明宣府总镇总兵，得知卢督师阵亡的消息后非常惊恐失措。
又害怕满蒙联军会追击而来，便下令军队紧行军二十里，不料竟然还遭遇了满蒙联军，被正面打个措手不及，关宁铁骑落荒而逃，仅有宣大明军抵挡了一会儿满蒙联军的进攻。
这也让明宣大监军：高起潜，彻底看清了关宁军的实力，还远不如天雄军甚至宣大明军厉害。
12月15日，先前突围的明保定府副总兵：刘钦，在战场上找到了卢督师的遗体时，发现其锁子甲内穿着丧服麻衣，并有督师关防大印，便把他的遗体抬到真定府新乐县，交给之前被卢督师派去向调来京师勤王的明兵部左侍郎兼陕西总镇巡抚：孙传庭，要粮饷的明兵部职方武选清吏司主事兼天雄军赞画：杨廷麟，让他处理。
因此明兵部武选清吏司主事就把遗体运回真定府东关，加以清洗。
只见卢督师遗体怒目嗔视，凛凛如生，北直隶大名府、广平府、顺德府，三地军民不分老少男女，皆为其哭泣奔丧，甚有痛其亡发狂疾死者。
其后明顺德府知府：于颖，见状便上报朝廷卢督师阵亡的死状。
12月20日，明毅宗：朱由检，下诏传明陕西三边总督：洪承畴，率军入卫，与明兵部左侍郎兼陕西总镇巡抚：孙传庭，一起为援军同行。
到12月22日，明兵部尚书：杨嗣昌，才了确认卢督师已殉难的事情。
不过这也让明武经略：刘宇亮，抵达保定府大宁都指挥使司时，就听说卢督师阵亡的消息后，他大惊失色连忙下真定府安平县，怎料夜不收探报又称；东虏建奴贼兵将至，相顾无人，急忙逃跑到晋州躲避。