1935年调往贵阳,负责修筑川黔、滇公路。1937年5月,被调往四川山洞陆军大学将官班学习。1937年7月********发,国
共第二次合作,组成**民族统一战线。他行抵重庆,得知芦沟桥事变发生,深感国家己到生死存亡*后关头,立即返回部队,要求北上**,未获批准。经再次上书请缕,才同意他由贵阳率部北上**。路过武汉时,与家人诀别,立下遗书,决心以身许国,不打败日本侵略者决不生还,随即兼程北上,径奔石家庄前线,归属卫立煌指挥。
在石家庄战地,他常以誓死报国之心激励部属,故其所部英勇作战,士气高昂。10月1日,晋北战局紧张,又奉命率第九军驰援山西忻口,参加太原保卫战。在卫立煌指挥下,他任**兵团长,指挥第十九军、第三十二军、第二十一军、第九军坚守忻口以北龙王堂、南怀化、大白水、南峪一线主阵地。10月12日至11月2日的忻口战役,日军第五师团等部五万余人进攻忻口之南怀化及其以南的一二0 0高地。敌人以飞机、大炮、坦克发起猛攻十数次,郝率部坚决阻击,敌人终未得逞。至15日夜,总司令卫立煌增派七个旅交郝指挥,由下面袭击,左右两翼同时出击策应,以期夹击顽敌。夜2时,郝亲临大白水前线指挥作战,身先士卒,挥兵突击敌阵,不幸中弹殉国。时年39岁。
10月24日,郝梦龄将军灵枢由太原护送武汉,武汉各界隆重举行公祭,后以国葬仪式安葬于卓刀泉伏虎山,万余人参加葬礼。为纪念忠烈功勋,汉口北小路改名郝梦龄路。1938年3月12日,延安举行追悼**阵亡将士大会,高度评价了郝梦龄将军**殉国的精神。