1934年10月，中央紅軍被迫離開中央革命根據地開始二萬五千里長征。陳樹湘指揮的紅三十四師勝利地完成了後衛任務，但卻被敵人截斷在湘江東岸，處在四面包圍中。在戰鬥中，陳樹湘腹部中彈，身受重傷，被俘後掏腹斷腸英勇就義。

1934年10月，中央紅軍被迫離開中央革命根據地進行戰略大轉移，這就是後來震驚中外的二萬五千里長征。長征一開始，紅五軍團便作為全軍的後衛，而紅五軍團的第三十四師則又奉命作為軍團的後衛，不但擔任掩護全軍團的任務，而且還特別要為兩個龐大的中央縱隊殿後。1934年12月1日下午，在中央兩個縱隊全部渡過湘江之後，紅三十四師脫離五軍團建制，直接歸中革軍委指揮。

陳樹湘指揮的紅三十四師勝利地完成了後衛任務，受到了黨中央和中革軍委的高度讚揚，但他們為此也付出了重大的犧牲和巨大的代價，全師原有的6000多人銳減到不足1000人。陳樹湘接到中革軍委最後一道命令是：「立即向湘江渡口轉移，並且迅速渡江」。 但是，紅三十四師的阻擊陣地距離湘江渡口至少還有75公里以上的路程，且通往湘江渡口的所有道路都已被敵人完全封鎖。紅三十四師已被敵人截斷在湘江東岸，無法渡江追趕主力。

國民黨軍很快就發現了這支孤立無援的紅軍部隊，於是，各路大軍立即從各個方向向紅三十四師合圍而來，紅三十四師處在了敵人四面包圍中。

12月1日，夜幕降臨的時候，陳樹湘指揮紅三十四師開始突圍。紅軍官兵與迎面撲來的國民黨軍激戰整整三個小時，師長陳樹湘在令人喘不過氣的硝煙中向全師宣佈了兩條決定：一、尋找敵人兵力薄弱的地方突圍出去，到湘南發展遊擊戰爭；二、萬一突圍不成，誓為蘇維埃共和國流盡最後一滴血！陳樹湘命令把所有文件燒掉，然後率領紅三十四師向東走去。這與中央紅軍遠去的方向完全相反——紅三十四師真的要去群眾基礎較好的湘南打遊擊了。戰鬥持續到深夜，紅三十四師的部隊已被敵人切割成數塊。陳樹湘帶領的100多名官兵，在向東突圍的過程中始終無法擺脫敵人的重重圍堵。

因為總是處在後衛位置，沿途的糧食都已被前面經過的部隊籌集一空，三十四師已斷糧多日，但飢餓難耐的官兵們依舊要時刻處在戰鬥狀態中。險惡的敵情令他們沒有精力去尋找可以充飢的東西，也沒有時間坐下來哪怕打片刻的盹。桂北秋雨連綿，寒冷的冬天就要來了，紅三十四師官兵身上的單衣都已破爛不堪。

12月2日，陳樹湘率部翻越海拔1900多米的寶蓋山，欲從鳳凰嘴強行徒涉湘江。這是能爭取渡江的唯一機會了，不料，又遭到敵四十三、四十四兩師猛烈阻擊。在敵一次次炮火猛攻下，陣地彈片嘯叫，血肉橫飛，鮮血和泥灰凝固在一起，使整個山頭變成了紫褐色。非但沒有能打退敵人奪得徒涉點，反而使部隊傷亡100多人。特別是師政委程翠霖、政治部主任蔡中和兩位團長在這次戰鬥中相繼陣亡。剩下的七八百人，又被敵人衝散了。陳樹湘果斷決定，退進都龐嶺，暫時立足，等待時機。他命令一0 0團掩護，他和參謀長王光道分別率一0一、一0二兩團拚死衝殺，這才突出了重圍。

12月9日，紅三十四師餘部200多人，輾轉到達都龐嶺道縣境內的空樹巖村，在村裡進行短暫的休整。第二天，大批民團像瘋狗似的從灌陽方向追來。陳樹湘為保存實力，避開敵人，沿都龐嶺山麓向南退卻。在道縣清水塘鎮小坪村附近，遭到道縣保安團團長唐季侯部的截擊。經過半日激戰，將敵人打退後，沿江華、江永、道縣三縣邊界繼續前進。

12月12日早晨，陳樹湘率餘部經江永的上江墟，道縣的田廣洞、立福洞，到達江華橋頭鋪附近的牯子江渡口。陳樹湘見渡口霧氣騰騰，死一般寂靜，根據多年積累的作戰經驗，他判斷此處可能有敵軍設伏。於是，他命令部隊作好戰鬥準備，搶渡牯子江。當渡船行到河心時，果不其然，埋伏在對岸的江華民團突然向渡船開槍了。陳樹湘命令一個班用機槍還擊，他則置個人生死於度外，站在船頭上指揮部隊快速搶渡。江華民團頭子發現陳樹湘是紅軍指揮員後，命令一個槍手瞄準了陳樹湘，一槍打下來擊中陳樹湘的腹部。陳樹湘忍著劇痛，堅持指揮部隊搶渡。過江後終於支撐不住一頭栽倒，戰士們用擔架抬著他在飛蝗般的子彈中奔跑。流血不止、臉色慘白的陳樹湘躺在擔架上指示戰士由江華界牌向道縣四馬橋方向退卻。

12月14日，當紅三十四師餘部來到道縣四馬橋附近的禾田村時，遭到道縣保安團一個營的攔截。當陳樹湘最後一次集合陣地上的戰士清點人數時，僅剩的一個連長向他報告說：「我們現在還有53人，15名輕傷員，7名重傷員。槍支有餘，然而子彈只有103發……」陳樹湘聽到這些，沉默思索了半天沒有吱聲。這位連長又說：「師長，趁現在還有一點兵力，我們掩護您突圍吧。」戰士們齊聲喊道：「師長，哪怕只剩下一個人，我們也要保護首長衝出去。」陳樹湘回答道：「同志們，現在已經沒有什麼師長、連長、戰士之分了，我們全是戰士，我們要並肩戰鬥，寧死不做俘虜！」說完，他又昏迷過去了。

激烈的槍聲，驚醒了昏迷中的陳樹湘，他強忍巨痛，在兩個戰士的扶持下，指揮戰鬥。在打退道縣保安團那個營的進攻後，陳樹湘再次昏迷。戰士們看著師長痛苦的神情，心中如油煎、刀絞般的難受。突然，一個戰士大吼一聲：「跟敵人拼了，為師長報仇！」說完，拿起槍就要往山上衝，其他戰士也積極響應。陳樹湘被一陣喧嘩聲驚醒，知道了是怎麼一回事後，便拼盡全力大喊：「回來，不准蠻幹！」戰士們聽到師長的命令，趕緊圍在師長身邊。淚水掛在戰士們的腮邊，但誰也沒有哭出聲來。陳樹湘在戰士們的幫助下，坐了起來，環視著身邊這些可愛的戰士，吃力地說：「怎麼能跟敵人拼了呢？同志們啊，我們是毛主席親自創建的隊伍，是為窮苦大眾打天下的。從秋收起義到井岡山，五次反『圍剿』那樣艱苦的環境，我們都不怕，難道會被眼前的困難嚇倒嗎？」陳樹湘舔了舔乾裂的嘴唇，語重心長地說：「敵人的目的就是要消滅我們，恨不得我們跟他們拼，我們怎麼能上敵人的圈套呢？看來，原路退回已不可能了，大家作好準備，衝出去，到前面牛欄洞匯合。然後，到九嶷山區打遊擊。星星之火，可以燎原嘛！」陳樹湘說到這裡，伸出慘白而冰涼的手，與參謀長王光道的手緊緊握在一起。良久，師長對參謀長說：「老王，你是老同志、老黨員，我把這支隊伍交給你，你一定要將他們帶出去！」王參謀長哽咽著說：「師長，我們一起走！」陳樹湘勉強地笑笑，說：「環境這麼惡劣，我這個樣子，能衝出去嗎？你帶部隊突圍，我掩護。衝出去一個就是為革命保存了一份力量！」

部隊且戰且走，來到銀坑寨，再次被緊追的道縣保安團那個營給黏住。陳樹湘用綁腿帶死死地紮緊傷口，毅然決然地掙扎著站起來，端起一挺機槍，帶著兩個警衛員和機修員佔領銀坑寨附近的洪都廟。

敵人進攻開始了。這時已不僅是那一個營的保安團部隊了，而是江華、道縣、寧遠三縣的保安團。敵人從四面蜂擁而上，狂叫著撲向洪都廟。陳樹湘他們幾個人依據洪都廟的有利地形，阻擊敵人，掩護其他同志突圍。機修員犧牲了，陳樹湘知道，事態已到了極端嚴重的地步了。為了不拖累大家，他再三掙扎著要從擔架上下來，戰士們說什麼也不同意。最後他幾乎帶著懇求的口吻說：「我的好戰友，你們抬著我能衝出敵人的封鎖線嗎？現在重要的是保存革命力量，你們都是革命的火種，要想盡一切辦法衝出去！」可戰士們怎麼會丟下自己的師長不管呢，仍「強迫」他躺在擔架上，抬著就走。不一會兒，抬擔架的兩個戰士也中彈倒地，陳樹湘從擔架上滾下來，另外兩個戰士又趕來扶他，被他一掌推開，嚴厲地命令道：「不要管我，趕快撤退！」他的槍聲吸引了敵人的火力，那幾個戰友脫險了，可他卻沒能衝出去。

由於失血過多，陳樹湘再次昏迷過去。朦朧中不知過了多久，他漸漸甦醒過來，禁不住打了個冷顫，因為他知道自己已成了敵人的俘虜了。

敵人為抓到一名紅軍官長而欣喜若狂。在四馬橋坐鎮指揮的道縣保安團一營營長何湘，命令將陳樹湘抬到一爿布鋪裡，為他找醫送飯，企圖從陳樹湘口中得到紅軍的情報。陳樹湘面對敵人的威逼利誘，毫不動搖地拒醫絕食，堅持和敵人面對面鬥爭。何湘無奈，只好於1934年12月18日拂曉，將陳樹湘放在擔架上，由他本人親自監督抬往道縣縣城。上午8時，當行至道縣蚣壩鎮石馬神村附近將軍塘時，躺在擔架上的陳樹湘從昏迷中醒來後乘敵不備，咬緊牙關，忍著巨痛，用手從傷口伸入腹內，摳出腸子，使盡全力，大吼一聲，絞斷了腸子，壯烈犧牲，時年29歲，實踐了他「為蘇維埃共和國流盡最後一滴血」的豪邁的錚錚誓言！

凶殘的敵人割下來他的頭顱，先在當地示眾，同時殺害了他的警衛員。當地百姓為其壯舉所感動，在夜裡悄悄地將陳樹湘沒有頭的遺體和他的警衛員一道掩埋在瀟水河畔，成了當地無人不曉的雙墳。