1939年冬，川军将领李家钰因为抗日作战有功，被晋升为国民革命军第36集团军总司令，下辖第14、第17、第47三个军。

1944年3月，日军突然从黄河北岸各地汇聚而来，集结于新乡、开封一带。日军的中原会战计划，很快为中国军队探知。第一战区长官蒋鼎文在洛阳召开军事会议，商讨对策。李家钰力主“先发制人”，说： “与其准备待敌人来攻，不如我们先发制人，用飞机袭炸邙山头阵地，并以佯波牵制日军，使敌被动，我为主动。”

但是，这个建议未被蒋鼎文采纳。

4月18日夜，日军在中牟渡黄河成功，一举攻占了郑州，进逼洛阳。 蒋鼎文马上从新安向洛宁撤退，原准备在洛阳附近与敌会战的计划，顿成泡影。

此时，李家钰真正能指挥得动的部队，只有第47军四个步兵团(另两个团回四川接收新兵)。面对优势之敌，李家钰仍沉着应战，决定以死报国，下令第104师一个团，开赴石寺镇、云梦山一线占领阵地，阻击日军东进；自己带着总部南迁到东华沟。

5月12日，渑池方向的日军东进到云萝山，陇海线上的英豪镇也发现敌人。东西对进之敌，相距不过70华里。李家钰的总部已越过岌岌可危的新安，但是，孙蔚如军主力尚在向新安行进中，第47军军部还留在陇海铁路以北。李家钰立即派兵掩护孙集团军安全通过新安。

5月13日，第36集团军总部与第47军的电话突然中断，情况不明。李家钰率总部在赵家峪，他与孙蔚如、裴昌会相会，研究对策。15日，他再与第14集团军副总司令刘戡和第14军军长张际鹏会晤，打算三军联合，构筑阵地，阻止从洛阳、绳池追来之敌。

不料，次日，刘勘被蒋鼎文调去韩城阻止从宜阳西进之敌，三军联合作战只好作罢。

李家钰又下令手下第178师掩护刘戡兵团转移。

5月17日，李家钰率集团军总部继续前进，行至距河底村时，忽然遭到日军大炮的猛烈轰击。他还是带着军、师长侦察地形，部署战斗阵地。当晚，他夜宿在租涯，又与先后到达的刘戡、谢辅三(暂4军军长)、张际鹏、胡伯翰(新8军军长)诸将领会晤，商议在蒋鼎文等人去向不明的情况下如何统一行动、指挥的问题，并自告奋勇地说：“我来断后！”

李家钰主动承担了掩护各部向西转移的重任。

5月21日，一伙日军从陕县渡过黄河，追击第39集团军高树勋部。李家钰决定提前出发，阻击敌人，掩护友军。可是，他率部行至陕县秦家坡时，遭到追击高树勋部的日军骑兵伏击。李家钰亲率特务营进行战斗。

但是，他因为身着黄呢军服，马上成为日军的攻击目标。“哒哒哒”，他被日军子弹击中，头部和左下肋连中数弹，当场牺牲，终年53岁。

与他一起同时牺牲的，还有总部少将副官处长周鼎铭、少将步兵指挥官陈绍堂。

在战斗中，与总部随行官兵200人大部分牺牲，幸存无几。

李家钰为国捐躯的噩耗传来，举国震惊。

6月22日，国民政府下令：“故陆军中将李家钰，迫赠为陆军上将。”

随后，李家钰的灵柩运回四川老家，所经之处，市民肃立致哀。在成都，四川省及成都市各界联合举行公祭和追悼会。

李家钰和张自忠是抗战中中国军队中牺牲的集团军总司令，牺牲后都被追赠为上将，为中国抗战中牺牲的最高级别将领。

1984年，是李家钰殉国40周年。国家民政部和四川省人民政府再次追认他为革命烈士。