击，战斗十分激烈，在日军飞机、大炮的凶猛火力下，中国军队的反击行动未能奏效。22日，日军在飞机、重炮配合下，疯狂进攻中国军队阵地，中国军队拼死抵抗，无奈众寡悬殊，阵地陷于敌手。庞汉桢得知阵地失守的消息，心急如焚，当晚亲率预备队由战头桥向陈家行反攻，双方战斗惨烈，以至白刃格斗。经过数次冲杀，庞汉桢部终于杀退敌人，将该阵地全部夺回。23日，大量日军增援淞沪战场，日军全线出击，再次猛扑陈家行阵地，庞汉桢面对数倍于己的日军和强大的火力，毫不退缩，率部坚守阵地，顽强抵抗日军的进攻，部队伤亡惨重。日军重炮对庞汉桢部阵地狂轰滥炸，庞汉桢仍督部抗敌，不幸被日军炮弹击中，当即壮烈殉国，时年 36 岁。
1938年2月，国民政府明令追赠陆军中将。