1942年10月25日（农历九月十六）早晨，13岁的王二小正在当地老乡称狼牙沟门的外崖山坡上放牛，忽然看见一队鬼子进山来扫荡，鬼子兵有好几十人，正从狼牙口向范庄旺村走来。那边的山沟里隐蔽着八路军的后方机关，还有不少乡亲们，万一鬼子摸进那条山沟，不仅八路军的后方机关受损失，乡亲们也将在劫难逃。可是这时候跑回去报告已经来不及了。

这时二小忽然想起来，为了粉碎鬼子这次进攻，涞源抗日政府已将20多名伤员和粮食转移了，为了保护后方机关和群众，骑兵连就埋伏在石湖旮旯的石岭子上。二小冷静地想了想，他要把鬼子引进埋伏圈，让八路军打他们个措手不及！打定主意之后，二小故意暴露了自己的目标，正在山谷里瞎撞的鬼子兵一见到二小，连忙把他从山坡上抓来问路。二小机智地和鬼子周旋，骗取了他们的信任在前边带路。从狼牙沟门往东走是范庄旺村，王二小带着鬼子从西北沟钻了进去，引向八路军埋伏的石湖旮旯。其实这是一条死路，翻过巨石就到了路的尽头。

鬼子一下傻了眼，直到此时才知道上了当。二小想趁敌人惊魂未定的时候向灌木林跑去，这时，鬼子军官朝他举起了洋刀，第一刀削去了王二小右手的五个手指，第二刀刺向了王二小的胸膛，把他摔在那块巨石上。与此同时，山头上的部队枪炮声四起，前后没有一袋烟的工夫，就全歼了这股敌人。

战斗刚结束，战士跑到巨石前抢救王二小。当时王二小还活着，还有两名八路军战士也受了重伤，部队将他们护送到刘家庄，终因伤势过重，三人先后与世长辞，永远长眠在了刘家庄的深山老峪里。

王二小牺牲后，当地军民把他埋葬在刘家庄的山坡上；当时任涞源县青救会干部张士奎同志得到这个消息，马上报道给了边区青救会，《晋察冀日报》在第一版发表了这条消息。词作家方冰、曲作家劫夫根据这篇报道，立即创作了歌曲《歌唱二小放牛郎》；这首歌曲一直传唱至今，感染了无数青少年；王二小的坟上长满了青草，他的鲜血染红的那块大石头，静静地卧在山沟里，人们把它叫做“血色石”。为了纪念小英雄王二小，中国青少年基金会在二小的家乡涞源县上庄村建设了“王二小希望小学”，延安时期参加革命的老作家陈模创作了革命传统的纪实小说《少年英雄王二小》。