冀东暴动后，9月下旬的丰润九间房会议决定：“青纱帐倒，部队开赴平西根据地整训。”在西撤途中，遭敌重兵围击，激战失利，队伍受挫，洪麟阁牺牲，余部由李楚离、杨效昭率领返回游击待机。杨十三幸得脱险，辗转天津、冀中、冀南，矢志不渝奔赴平西，后被朱德总司令电召八路军总部，拟担负军工工作。在带领连以农、冯于九等人来到山西黎城的八路军总部时，受到总部首长和当地军民的热烈欢迎。朱德总司令、彭德怀副总司令亲切会见了杨十三。

　　1939年夏，日寇第二次兵分九路向八路军总部驻地大举进攻，杨十三随总部转移，残酷的战争环境和紧张的戎马生活，致使他的胃病再次复发，又适逢盛夏酷暑、阴雨连绵，得不到很好休息和治疗，病情日益恶化。朱德、彭德怀和左权等总部首长在敌情万分紧张和工作十分繁忙时，每日都要探望杨十三的病情，嘱其安心养病。7月21日，杨十三终因长期劳顿，重病积疴，在太行山与日寇作战转移时牺牲于担架上，仅年50岁。他用他的一生实践了自己“誓必效死疆场，马革裹尸，绝不辗转床缛作亡国奴”的铮铮誓言。

　　在1939年9月18日举行的“晋东南各界人士纪念九·一八、追悼杨裕民先生大会”上，毛主席亲书横额：“浩气长存”，朱德总司令主祭，彭德怀副总司令致悼词，各界人士5000人参加了追悼大会。这是八路军总部召开的抗战以来最高规格的追悼大会。

　　毛主席为杨十三烈士题写挽联：“国家在风雨飘摇之中，对我辈特增担荷；燕赵多慷慨悲歌之士，于先生犹见典型”。

　　朱德总司令题写挽词《彪炳日月》：“渤海毓雄，民族之杰；霭霭风仪，异质挺特；冀东义起，倭奴气慑；瞻彼真容，彪炳日月。”

　　在重庆，由八路军重庆办事处和文化教育界知名人士于沙坪坝南开中学礼堂为杨十三烈士举行了追悼大会。中共中央其他领导同志陈绍禹、秦邦宪、林祖涵、吴玉章、董必武也都送了挽联。董必武同志在所致的悼词中，称杨十三先生“是我党、十八集团军的忠诚而亲切的朋友”，在抗战中“担负过长期艰苦的工作”“尽过最大的努力”。

　　董必武、叶剑英等共同署名的祭文中，赞扬杨十三：“入狐鼠之窟穴，导义民而张卷，扫魂虞如落叶，扬国威于幽燕。”“死有重于泰山”。

　　1950年10月，在新落成的邯郸“晋冀鲁豫烈士陵园”举行了安葬左权将军暨杨裕民等烈士公祭大会，杨十三被安葬在左权将军墓旁。1999年，在唐山“冀东烈士陵园”为杨十三塑造了铜像。