1942年6月，驻山西日军第一军司令官岩松义雄以诱降为目的，集中优势兵力，向汾河一带晋西南的中国军队发动进攻。为了变被动为主动，第二战区司令长官阎锡山组织晋西北保卫战，命第三十四军渡过汾河作战，抗击日寇进攻。王凤山奉命率部在汾南进行游击战争。在屡屡受挫的情况下，日军集中优势兵力，以清水、长野两师团纠集各县伪军步、骑、炮兵两万余人，辅以飞机、坦克助战，分七路对第三十四军控制区域进行大规模“扫荡”。此时，第三十四军军长王乾元负伤返回汾北医治，由王凤山代理军长。在日寇猛烈的进攻下，第三十四军所属暂编第四十三师全军覆没，师长刘谦逃回汾北被撤职。暂编第四十四师被敌击溃后，化整为零，部分官兵撤回晋西山区，师长赵恭只身逃回。只有王凤山暂编第四十五师仍转战万泉、荣河（今万荣县）一带，与敌周旋，相机击敌。据报，王凤山当时骑一匹白马，率部无日不战、无日不行，竟月连战二十八天，连获大德庄、望嘱村、乔村等战斗胜利。妙用营团兵力奇袭日军据点，予敌以重创。日军恨之入骨，四处张贴告示，悬赏一万大洋活捉王凤山。

6月17日拂晓，万泉、荣河、临晋等县日军千余人，在飞机、大炮及战车的掩护下，分数路突袭，把王凤山及其暂编第四十五师师部和第二团包围在万泉县张瓮村（今属万荣县）。王凤山亲临第一线指挥作战，用“抗日必胜，为国捐躯光荣”的道理教育将士，鼓励大家奋勇杀敌，与阵地共存亡。双方激战两昼夜，日军损失惨重，中国军队阵地岿然不动。

6月18日中午，河津敌千余人来援。敌众我寡，战局急转直下。不久，日军在密集火力助攻下突破阵地，双方展开白刃格斗。王凤山闻听消息，心急如焚，立即亲率预备队前往逆袭，一鼓作气冲上阵地，与日军展开近战搏斗。战况异常激烈，特务连连长王士新及全连官兵全部血洒疆场。王凤山左胯负伤，坚不言退。因张瓮村北地势平坦，麦收刚过，缺少掩护物，指挥所暴露在敌人面前。拉锯战中，王凤山右腹又连中枪弹，肠流腹外，他忍痛抱腹，不下火线。王凤山被卫士畅炎海、参谋王悦来等扶背至平原村，下午五时许，壮烈殉国。

王凤山殉国后，遗体安厝在乡宁县北坡村。全国各地、各界人士悼念将军的唁电从四面八方传来，当地驻军和四方百姓打着纸幡，一连数天悼念王凤山将军。王凤山次子王继志回忆，后来母亲告诉他，这场仗后，王凤山许多部下来家中探望，他们身上血迹斑斑，神情凝重，没有人愿意说出噩耗，但王凤山的妻子还是猜测出来。后来，收殓王凤山遗物时，母亲咬着小笤帚把不让自己哭出声来。

王凤山虽然官拜少将，但依然两袖清风，脚上的一双破布鞋还是入殓时才被妻子换下的。开追悼会时，孩子们的丧服都是借钱做的，抚恤金发下来后，才将钱还了。开追悼会时，正值夏天暑热，王凤山遗体腐烂，蛆虫甚至爬到棺外。王凤山的妻子说，你活着时刚强，死了也要刚强，蛆虫不要再往外爬了。人死了也要像活着一样，铮铮铁骨，洁身自爱，把清白留给人间，不给世人添麻烦。一番话后，奇迹发生了，蛆虫果然不再往外爬。

王凤山的遗物中，望远镜和手枪交给了战友，一块手表，因肠流腹外，王凤山疼痛难忍，在担架上被大力拍击损坏，王继志参军后，他母亲交给了他，但一直没修好。还有布鞋、军毯、马褡子等，被王凤山的妻子妥善保存，后来交给王继志，以为纪念。

遗物还有战斗日记及外面的布套。战斗日记上贴着王凤山长子和次子的照片，当时幼子已经出生，但不在照片上，王凤山就在旁边写上了他的名字“平定”。遗憾的是，十多本战斗日记，后来在战乱中散佚。

王凤山殉国后，他的事迹被改编为话剧《盘肠英雄王凤山》，在第二战区广为上演。当年7月7日，全面抗战开展五周年之际，阎锡山在克难坡举行大会，追悼“革命根据地大保卫战阵亡将士王师长凤山等”。

1943年5月29日，国民政府发出褒扬令：“暂编第四十五师师长王凤山，久历戎行，夙称英勇，抗战军兴以后，在汾南一带作战，屡挫敌锋。不幸于去夏万泉之役，督战前线，弹中腹部，为国捐躯。抗念忠贞，殊深轸悼，应予明令褒扬，并将生平事迹存备宣付史馆，用彰壮节而慰英灵。”后来，国民政府追赠他为陆军中将，并将牺牲所在的张瓮村改名为“凤山村”，该村的小学改名为“凤山小学”，1947年，当地解放后废止。

1949年，新中国成立后，人民政府也并未忘记为祖国独立、民族解放而牺牲的英烈。王凤山将军的事迹，在《山西通志·人物志》、《五台志》、《万荣志》中历历可见，由徐向前元帅题写书名、聂荣臻元帅作序的《抗日战争时期国民党正面战场重要战役介绍》及由解放军出版社出版的《抗日战争国民党阵亡将军录》中，均有王凤山传略。

1986年4月11日，国务院民政部颁发证书，确认王凤山将军为烈士，时任太原市南城区区长刘祥正亲自捧证送达王凤山遗孀处。

2002年，在战地张瓮村，村党支部发起召开了纪念张瓮战役60周年座谈会，与会者一同回忆了当年王凤山率部英勇战斗的情景。

2008年，张瓮村又提案建立抗日纪念碑馆，建立爱国主义教育基地，开展红色旅游。

2014年9月，入选第一批著名抗日英烈和英雄群体名录。

2015年9月3日，纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年阅兵式上，王凤山之子王述志代表英烈子女接受检阅。

王凤山共生有三子，长子“平阳”、次子“平陆”均以出生地命名，幼子名“平定”，寓意对和平安定的希望。王凤山牺牲后，为表达继承父亲遗志的心愿，三子分别改名“承志”、“继志”、“述志”。承志在抗战胜利后入南京国民革命军遗族学校读书，1948年随校迁台，退休前为台湾成功大学教授，2015年1月27日去世；次子继志，1951年参加抗美援朝中国人民志愿军，1965年转业，退休前为杭州中国电子科技集团公司第五十二研究所科研条件处处长；幼子述志毕业于山西农学院，退休前是太原北郊区科协副主席。

王继志说，作为王凤山的后代，他们——台湾14人、大陆9人，共同的心愿是：希望王凤山将军牺牲的张瓮村以及小学，能够恢复“凤山村”、“凤山小学”之名，并为王凤山将军立碑，为此他们已经呼吁了近30年。

太原市政协原副秘书长刘大寿，珍藏着王凤山将军的许多珍贵资料，1986年为王凤山遗孀送烈士证明书，他是参与者和见证者之一，曾写过多篇缅怀王凤山将军的文章。2015年年初，他特意呈送省政协社情民意专报给省里有关领导，建议恢复“凤山村”村名，此事现正在办理中。