十月廿四日中山舰停泊于距武汉廿六公里之金口，清晨就已出现一架日机在中山舰上空盘旋侦察，中午时九架日机分作两个小分队，呼啸着飞抵中山舰上空，但只高飞盘旋了五分钟，又一溜烟地飞去。中山舰官兵预感到一场恶战的来临，萨师俊随即进行了作战部署。

不可避免的战斗来临了。下午三点，六架敌机飞临中山舰上空，随即变为一字鱼贯式，呈轰炸队形，轮番在较高空域对中山舰水平飞行，投弹轰炸，长江上升起了一个个的水柱，浪花四溅。在萨师俊在驾驶台指挥作战，舰上火炮一齐动作，向敌机反击，中山舰为躲避轰炸，在浪波、水柱间穿行，进退周旋。
敌机久攻不果乃改变战术，开始轮环急速俯冲，低空投掷炸弹。此时舰首高射炮和机关炮，在发射后不久先后发生故障，日机趁机从舰首前方空隙处，急速俯冲投弹，第一颗炸弹落于舰尾左舷水下爆炸，致船壳破裂进水，紧接第二、三、四、五颗炸弹命中舰体，进水急剧，军舰动力操纵经已失灵，舰体开始左倾，日机此刻更无顾忌地来回俯冲，向中山舰疯狂地投弹扫射。

第五颗命中舰首驾驶台的炸弹，给舰上指挥系统破坏极大，人员伤亡也十分惨重，官兵血肉横飞，死伤枕藉，血淋淋的肉块和断肢在舱内飞溅，萨舰长的右腿炸断，左腿遭巨创，左臂亦受重伤，全身血肉模糊，但他仍忍着巨痛，奋不顾身地敦嘱官兵努力杀敌。副舰长迅速补位，并要求舰长撤离，萨师俊执意不肯离舰，却要受伤官兵尽快离舰，他本人誓与舰共存亡。

当官兵发现舰长血流不止，准备以舢舨载往岸上抢救，萨师俊说：「各人尽可离舰就医，惟我身任舰长，职资所在，应与舰共存亡，绝不离此一步。」下午四时三十分，舰体逐渐向左倾斜至40度，随即轰然一声巨响，水柱冲天，一代英雄名舰----中山舰，终因伤过重，长埋江底。

中山舰沉没后的第二天，日军占领汉口，武昌、汉阳均相继沦陷。然而中山舰孤军迎敌，萨师俊等官兵殉难于金口水域，表现出中国海军忠勇不屈的军风，永远在史页上熠熠生辉。