在日军的狂轰滥炸下，临沂危在旦夕，陈德馨从卫兵手中夺过步枪，装上刺刀，冲进敌群。在他的激励下，其他官兵也与日军展开肉搏，终于击退了敌人的疯狂进攻。

陈德馨驻守德州时，面对日军的轮番攻击，他率部固守城池，国民革命军第三集团军总司令韩复榘两次来电要他撤离德州，他才含泪领命。

1938年9月初，时任55军29师第86旅旅长的陈德馨率部参加了武汉保卫战。9月7日，3000多日军进攻松杨桥阵地，陈德馨亲临前线指挥，数次击退日军进攻，被子弹击中左胸仍坚持率军作战，直到援军赶到，才被卫兵拖下火线，送往汉口万国医院抢救。此役，86旅2500多名官兵几乎全部阵亡。陈德馨醒后，自知不久将离开人世，留下遗嘱：“现有倭寇猖獗，国难益深，凡我军人，皆宜鞠躬尽瘁，死而后已。”9月12日，昏迷中的陈德馨见病房窗口，误以为阵地，推身旁夫人去把守。下午3时，陈德馨在喊着“拼、拼”的杀敌声中殉国，成为鄂东抗战期间牺牲的最高级别军人。

9月16日，国民政府在武汉为陈德馨举行公祭大会。蒋介石、冯玉祥、张学良、林森、何应钦等国民党军政要员亲临公祭大会致祭，郭沫若偕同武汉各界代表也前往哀悼。冯玉祥还为陈德馨题写挽联写道：“溯将军在开封入伍，受国家培养近二十年，才兼文武，学粹品端，素具决心收失地；恸弟台战广济献身，为民族解放不惜一死，大败敌军，成仁取义，英灵有知亦安心。”挽联概述了德馨生平，品节和历史功勋。德馨的灵榇运回鄢陵安葬时，武汉市万人空巷，沿街设祭，咸欲一瞻英雄遗容。

当时的《新华日报》等媒体对他壮烈殉国的事迹作了报道。邹韬奋在《全民抗战报》上发文称：“陈旅长抗战的英勇与殉国的壮烈是神圣抗战发动以来，许多为国牺牲的将士们的象征。”

1939年9月7日，国民政府主席林森指令授予陈德馨中将级待遇给恤德馨及其后代。各大媒体均予报道。（德馨抗日殉国后，德俭改书楼为“陈德馨纪念堂”）。

1988年9月27日，经鄢陵县人民政府申请，中华人民共和国民政部追认陈德馨为革命烈士。

2014年9月1日，民政部公布了第一批在抗日战争中顽强奋战、为国捐躯的300名著名抗日英烈和英雄群体名录。陈德馨为许昌市唯一一名光荣入选的抗日英烈。

保存至今的陈德馨藏书楼，位于鄢陵县马栏镇西老庄村地，距县城3公里，现在原花都纺织公司院内。建于民国二十六年（1937），由革命烈士、抗日英烈陈德馨出资，其弟德俭督建。该楼座北朝南，面阔七间，通进三间，总面积（包括地下室）计437平方米，砖木结构，单檐歇山，飞檐挑角，叠脊吻兽，围廊明柱，木雕板檐，四角砖柱以人物花草浮雕柱头，风格独特，古今兼长。见证了其重视教育、造福桑梓、以民族大义为重的家国情怀，给鄢陵人留下了一处较为珍贵的文化遗产。

据《鄢陵县志》记载，陈氏在老庄村北地办有农场。后来陈德俭在哥哥陈德馨的启发下，改农场为“三民学校”，陈德俭为校长。1936年，陈德馨出资在校内建了座藏书楼。后来，陈德馨又拿出2000块大洋购置书籍。陈德馨殉国后，陈德俭将其改名“陈德馨纪念堂”。

1988年，鄢陵县文物部门接手管理藏书楼。

1999年，河南省文物局拨专款进行维修。

2000年，陈德馨藏书楼旧址被河南省人民政府公布为第三批省级文物保护单位。

2007年7月，该楼被列入首批河南古代暨近代民居民间建筑保护名录。

许昌市文物部门认为，陈德馨藏书楼具有民国时期南方建筑风格兼有中原建筑特色，具有一定的文物价值。陈德馨为抗击日寇而殉国，是民族英雄，又是民政部追认的革命烈士，事迹感人。藏书楼是时代产物和历史见证，是不可多得的爱国主义教育基地。