长即振臂一呼，数门仇恨的火炮一齐怒放，弹片满天，打退了敌人的数十次进攻，激战竟达几小时之久。许多负伤官兵看到舰长这样英勇杀敌，也都继续在炮位上坚持战斗。
下午二时，日机六架再次来袭，投下了炸弹，狡猾的敌人分成不同高度和方向向中山舰袭来，炸弹首先击中中山舰左舷，舵机失去控制。
接着，中山舰锅炉及舰首都相继中弹，我官兵伤亡者甚多，萨师俊舰长被炸断双腿，躺在血泊中，官兵们抢上去救他，想强扶他下舢板、离开军舰。萨舰长甩开扶他的官兵，大声说道：“我还能指挥作战，你们不许这样！我舰长也，舰长必与舰共存亡，且此中山舰非他，乃我国父广州蒙难时之座舰……为舰长偷生者不义；况我为二民主义信徒，更不能弃此革命精神象征之中山舰，我平日所自励而励尔等者，为对主义负责，对国家负责，今为我死守尽义之时矣！我必留舰……”
官兵们听到萨舰长的豪言壮语，感动得热泪盈眶，他们高呼杀尽倭寇的口号，又冲上炮位，继续与敌机作战。
这时，官兵们劝萨舰长摘掉舰长袖章，以免成为日机集中射击的目标，萨师俊泰然地说：“我必死矣，军服国家名器之象征也，决不可易，恒人死犹正衣冠，而谓我革命军人殉职乃能服装不整乎。”说后，他从容整理上衣，紧握手枪，继续指挥全舰官兵作战。
不一会儿，由于舰体中弹，底舰进水，船体开始倾斜，已无法继续与敌人作战，萨舰长坚定地下达了全舰官兵撤离舰艇的命令。全舰官兵都以舰长在船上而不忍离去。萨师俊豪迈地对大家说：“不有死者，何以见大汉民族之忠义，不有生者，何以杀倭寇，争胜利，卫国家，尔等当为国家报仇，为中山舰报仇，为我报仇，义之至也，共死奚为。”官兵们决心带负伤的萨师俊一同离舰，正在这时，日机数架又来袭击，他们低空飞行，瞄准萨舰长臂上闪光的袖章，集中火力扫射，几个士兵扑在萨舰长身上，用身体掩护他，只见飞机呼啸而过，罪恶的子弹穿透了这几位壮士的身躯，又射进了萨师俊的身体，萨舰长壮烈殉国。这时，江涛悲鸣，为烈士唱挽歌，落日的余辉给烈士的遗体抹上了一层红霞，我中山战舰因负伤过重而冉冉沉下江中。
萨师俊烈士以身殉国的悲壮事迹传遍了祖国大地，激励了正在作战的我抗日三军将士，鼓舞了全国人民的抗战斗志，我海军官兵以烈士为榜样，继续与日本侵略者进行顽强的斗争。国民政府根据萨师俊烈士的抗日战功和英勇捐躯的崇高的爱国主义精神，特追赠烈士为海军上校。