1937年11月18日南京保卫战打响。为了阻击日军的进攻,萧山令指挥部队设立了两个主要防区:一是清凉山防区,包括清凉山、草场门,定准门到老虎洞一带,由宪兵两个团,一个重机枪营把守,由罗友胜任总指挥官,统一指挥。另一个是明故宫防区。部署有两个宪兵团和一个重机枪连,由陈烈林任总指挥。在这两个防区内,全线十余万守军,同仇敌忾,奋勇杀敌。经过十多天的鏖战,虽给予日军较大杀伤,进攻锐气受挫,但守军也牺牲惨重,南京战局岌岌可危。
在南京保卫战序幕拉开之时,萧山令的同乡部属陈揖川特去拜访他,曾劝他审时度势,以策安全。他沉思良久,毅然答道:“我受命全权拱卫首都,如果守无方,杀敌不力,有何面目见江东父老?我决心留守,与金陵共存亡!”12月9日7时许,日军首先攻进光华门,占领航空学校,继而向通济门进攻。萧山令命令清凉山一个宪兵营向通济门守军教导总队增援。这时,日军十余架飞机分批对守军阵地轮番轰炸,掩护步兵及30余辆坦克向守军阵地推进,遭到了守军的顽强抵抗,伤亡惨重,日军不得不暂时后撤。稍后,明故宫又遭到由中华门逼进的日军猛烈攻击,激战一小时后,双方都有重大伤亡。为了歼灭更多的日军,他下令缩短防线,退守到淮清河、逸仙桥一带,集中兵力杀敌。
12日中午,萧山令接到“守军全部突围”的命令,立即作了多向突围的部署。他原规定只有长官公署、直属队、宪兵团以及三十六师从下关渡江,其余军团各有突围方向。但命令下达后,除八十三军执行命令,按指定路线绕道栖霞山乘间突围成功外,其余六十六军、七十四军、八十七师、八十八师均不执行多向突围的命令,而是一起夺路拥向下关,加上逃难民众,车辆拥塞,行进十分困难。他虽命令各部拆房扎木筏渡江,但人多舟少,直到13日清晨,仍有三分之一的部队无法渡江,而等待渡江的民众还有一万多人。这天7时左右,日军骑兵数千人与水路海军逼近江边,从水陆两路夹击江边军民。这时,萧山令率领掩护撤退的部队来到江边,看到这般情景,他大声高呼:“杀身成仁,今日是也!”萧山令率部奋勇冲杀,血战达五个小时,终因孤军背水,弹尽粮绝,官兵全部壮烈牺牲,他自己也举枪自尽,以身殉国,时年45岁。
萧山令倒在滚滚的长江之边,遗体不知所终。当时,国民政府为褒扬他的功绩,追赠他为陆军中将,并对其遗属予以优厚抚恤。抗日战争胜利后,他的英名被镌刻在南京雨花台抗日军人忠烈碑上,时人赞他是“敦诗笃礼,义胆忠肝;气吞暴日,名并钟山。”中华人民共和国成立后,民政部追认他为革命烈士,于1984年7月21日颁发了湘字第78330号革命烈士证明书,以褒扬这位抗日将领、民族英烈。