1937年7月卢沟桥事件暴发时，郝梦龄已经在去陆军大学学习知识的路上，知道了讯息后立刻返回队伍，恳请北上抗日。他在汇报提及：“我是士兵，半世光打内战，对国家丝毫没有利益。日军侵吞东北地区，人民莫不义愤填膺。如今日军要覆灭中国，我们国家已到生死攸关的最后危急关头。我们应当去抗战，应当去与敌人拼。”

历经一而再再而三上书请战，国民政府准许他由贵阳北上。

郝梦龄路20号（郝梦龄路7号）

9月17日下午，郝梦龄去往火车站。他一开始是领命从武汉支援上海，半途又领命支援保定。10月1日到达石家庄时，保定已沦陷。原计划郝梦龄率第九军在石家庄阻敌南进，因山西吃紧，第九军拨归第二战区，编进卫立煌第十四集团军，入山西忻口参加战争。

忻口是日军从晋北通往太原的最后一道防线，其守与失会直接关系到太原的危亡。1937年9月底，日军在平型关战役遭突袭后全线撤离，聚集在代县周边，打算夺取忻口，攻取太原。

1937年10月4日夜，郝梦龄率军到达忻口。这个时候雁门关早已沦陷，敌人正处于忻口阵地前10多里的平地泉。

郝梦龄到后立刻被任命为中央兵团前敌总指挥长，辖第九、十九、三十五、六十一军，守备忻口山岭以及其左边侧川道。当晚，郝梦龄在布防前集结营以上军官发言时表示：

“这一次抗战是民族战争，胜则国存，败则国亡，因此只准胜，不能败。每个人必须要抱定有我无敌、有敌无我之坚定信心，与敌厮杀。士兵的天职是保国卫民，如今生灵涂炭、国将不国，便是我辈士兵没有尽到应有的责任，实感可耻。欲置国家于磐石之上，欲救黎民百姓于水火之中，必须要官兵用命，奋力战斗……如今大敌当前，我坚定信心与全体官兵同生死，共患难，并肩作战。”

10月8日，第十九军没能坚守崞县，提早撤离，导致未彻底做好充分的准备的忻口阵地裸露于劲敌眼前，忻口守军局势极其不好。

10日凌晨2时半，郝部在主战场与敌人接火，打退了日军的重型装甲车、重型坦克，并焚毁了日军的车辆。当日在忻口前线的郝梦龄写下阵中随笔：“今日为国庆纪念日，回忆先烈缔造国家之艰难，到现在华北将沦落日人之手，我们太无出息，太不成器。”

10月11日黎明，日军坂垣师团汇集所有主力部队，以飞机、重炮、坦克等优良武器装备，组合成“立体战争”的密集火力网，不间断向忻口主阵地发动猛击。驻防部队主阵地被攻克，遂以炮兵联动步兵联合作战，肉搏战冲锋，主阵地失而复得。

那时支援忻口的队伍大部分还在路上，郝梦龄即到主阵地亲自指挥。敌人狂轰滥炸时，他指挥队伍躲入战壕，待炮火一停立即突袭，狠狠地打击日军。两方多次采取白刃肉搏战，短距离互掷手雷弹（雷）。

郝慧英说：“坂垣师团是日军精锐，面对这样一个强大的敌人，我父亲指挥的都是临时集结的队伍而且有些军队还没到，像傅作义的军队都是陆陆续续到达的。”

10月12日，敌我两方在忻口西北、南怀化东北制高点采取猛烈的攻防战。日军采取不顾一切的狂轰滥炸，第九军官兵坚强不屈阻击敌人，每日攻防战高达十多次。

郝梦龄在当日的日记里写下：“连日来昼夜炮战甚烈，五日来已伤团长一员，营长五员，连长二十员，士兵百余名。今日督战，李（仙洲）师长负伤，戴（慕真）团长负伤，官员受伤太多。昔日见伤兵多爱护，这一次专为国牺牲，乃应当之事。这一次战争为中华民族存亡之战争，仅有牺牲。如再退缩，到黄河边，兵即无存，哪有长官？此谓我死国活，我活国死。”

在历经好多天的反反复复拼杀后，第三二二团第一营兵员骤然缩减。

营长翟洪章写了恳请支援的报告书，郝梦龄只批了8个字，“战在何处，死在何处”。

之后该团仅存100多人，郝梦龄将其编为一个连，并对这100余名说：“此前我们一团人守这一个主阵地，如今剩余100多人，依然守这一个主阵地，也就是剩余一个人也需要守好主阵地。我们一天不死，抗日义务不算完。如今我和你们一块儿严守这一个主阵地，决不会先退。我若先退，你们不论是谁，都是可以枪毙我。你们不论是谁，只要是倒退一步，我也立即枪毙他。”

10月15日，郝梦龄仍在前沿阵地督战。当日半夜，卫立煌增拨7个旅交郝梦龄指挥，郝派兵从正前方袭击，左右两边同时突袭策应，以期前后夹击敌人。

第二天凌晨他写了自己人生的最后一次日记：“10月16日凌晨两点，对南怀化之总攻打响。”

16日凌晨时，我军分数路扑向日军主阵地，出任反攻指挥任务的郝梦龄和五十四师师长刘家麒亲自到战地督战。

当时任职郝梦龄参谋处长的李文沼回想，这时敌军已察觉我军去向，重机枪小炮一齐射来，我请他（郝梦龄）进指挥部歇息。郝军长说，我在战地督战是自己的任务、自己的本分，怎么能畏首畏尾？官兵们一而再再而三劝说，郝梦龄只不过是说：“瓦罐不离井口破，大将难免阵前亡”。

凌晨时5时，他和第五十四师师长刘家麒、独立五旅旅长郑廷珍等将士再次领兵前冲。

日军以猛烈地火力掩护撤离。这个时候郝梦龄等将士距敌方残部仅有200米。在经过一段狭窄道路时不幸遭受到日军重机枪射击，郝梦龄腰腹部连中二弹倒地。

年仅39岁的郝梦龄生命从此定格，同路的师长刘家麒、旅长郑廷珍也一起以身殉国。

郝梦龄以身殉国后，战士在其衣袋里察觉一封还没有传出的致友人信。