1942年初，我国派出远征军进入缅甸，第5军和第6军从曼德勒向南推进，打击日本侵略军。3月18日，戴将军率第5军200师担任过远征军先头部队入缅抗日，进驻缅甸南部的同古(东瓜)地区，同日寇第55师团展开激烈战斗，戴以孤军深入，奉命固守10天，以待援军。

同古地区乃一片平原，无防守之地势，3月20日，日军向驻守同古的第200师各主要阵地发起了进攻。面对数倍于己的日军，戴安澜表示了决一死战的坚定信念，于当日晚召集全师营以上军官开会，带头立下了 “誓与同古共存亡”的遗书，他说:“此次远征，系唐明以来扬威国外的盛举，虽战至一兵一卒，也必死守同古。”并宣布了如下命令:“如本师长战死，以副师长代之；副师长战死，以参谋长代之；参谋长战死，由步兵指挥官替代，各级照此办理。”

日军来犯我军阵地，一经接战，其中尉、少尉各一人即被我军俘获，并缴获日寇重要文件若干，使我军得知敌军在缅甸之兵力及番号。后经十余日激战，敌军终于无可奈何，乃陆续增援，至兵力超过我军八倍。然其死亡人数亦超过我军八倍以上。

戴将军率部苦战了12天，掩护了英缅军第1师的安全撤退，救出英军战车团，英军拱手作揖致谢。同时还救出了此后在意大利战场上颇为著名的哈罗德·亚力山大少将。这是中国远征军对英军、缅军作出的重大贡献。当时，英国《泰晤士报》也予以报道，表示赞赏。这是第二次世界大战前期远东战场上唯一的捷报。

戴将军完成固守同古，以待援军之使命已达，遂奉令突围，经一天一夜激战，进克棠吉据点。后因大批日寇由泰国、老挝边境窜入我军后方进行围攻，戴将军孤军作战，四面受围，形势危急，上级急令其突围回国，相机歼敌。戴将军率部突围，退入泰、缅老边区原始森林地带野人山，无衣无食，以野草杂菜充饥，爬山越岭70余日，备极艰苦。

敌军据险阻击，1942年5月16日大雨滂沱，戴将军在一个小平山坡上指挥夺取敌军阵地时，不幸被敌军枪弹击中肺部，血流如注，当时又无医无药，伤口发炎溃烂，进军至茅邦时，流尽最后一滴血，5月26日下午5时40分与世长辞。年仅37岁。全军闻之，无不泪下。

当时缅境无木棺，将军马革裹尸回国。途经保山，由于戴将军驻军保山年余，军纪严明，深受人民群众之爱戴，因之保山家家户户门前设祭。复经昆明、贵阳、柳州等地，至全州，将遗体安放于湘山寺内，沿途民众，隆重奠祭，无不怆然泪下，哀叹痛失英豪！

他的精神和业绩，在当时曾得到包括国共两党和美英盟国在内的各方面的高度评价，称他是近代以来中国军人中“立功异域，扬大汉声威”的“第一人”。

美国官方认为，同古保卫战是“所有缅甸保卫战所坚持的最长的防卫行动，并为该师和他的指挥官赢得了巨大的荣誉”。蒋介石对此的赞誉是:中国军队的黄浦精神战胜了日军的武士道精神。重庆的报纸称同古保卫战“无论在中国抗战史或世界大战史均有其不朽的价值”。英国的《泰唔士报》称之:“同古之命运如何，姑且不论。但被围守军，以寡敌众与其英勇作战之经过，实使中国军队光荣簿中增一新页。”

戴将军万里出征，为国捐躯，深受各族人民之敬仰和悼念。1942年秋季的一天，在国民党第5军留守处的广西省全县召开了一个大规模的追悼会，大会由国民党军事委员会桂林行营主任李济深主持。在戴安澜烈士的遗像前，放满了花圈和挽联。

蒋介石的挽联是:

虎头食肉负雄资，

看万里长征，

与敌周旋欣不忝；

马革裹尸酹壮志，

惜大勋末集，

虚予期望痛如何?"