3月18日，北京学生数千人集会游行示威，刘和珍带病参加，担任女师大指挥，当请愿队伍来到执政府门前时，遭到早已准备在执政府门前卫队的乱枪镇压。刘和珍不幸中弹牺牲，年仅22岁。
1926年3月12日，日本军舰驶入天津大沽口挑衅，炮击国民军致死伤多人。国民军反击之后，日军以北洋政府违反《辛丑条约》为由，要求执政段祺瑞撤除大沽口防务。英、法、美、意、荷、比、日、西八国军舰云集大沽口，发出以武力相威胁的最后通牒。
3月16、17日，在北京以徐谦、李大钊主导的国共两党负责人开会，决定组织各学校和群众团体在天安门集会。3月18日，国民党北京执行部、北京市党部，中共北方区委、北京市委，北京总工会，学生联合会等团体，与80多所学校共5000多人，在天安门举行“反对八国最后通牒的国民大会”。
当天上午，刘和珍以女师大学生自治会名义打电话给林语堂教授，请求停课一日参加天安门示威大会。这天，刘和珍正患病，时时呕吐，她不顾病痛，坚持动员和组织工作。队伍集合后，她发表了激昂而简短的演说，随即带领同学们向天安门示威大会会场奔去。
示威大会结束后，游行队伍经东长安街、东单、米市大街、东四牌楼，浩浩荡荡向位于铁狮子胡同的段祺瑞执政府进发。游行群众手拿小旗，沿途散发传单。刘和珍担任女师大队伍的指挥，她把校旗扛在左肩上，右手举起拳头边呼口号边大踏步向前走着。
这一天，正是段祺瑞召开例会的日子，由于段祺瑞拒绝接见游行代表，很快发生了争执。这时候，涌出大刀队几百人，举刀便砍。接着，政府门前埋伏在各处的卫队向群众射击，枪弹乱飞，血花四溅。
据史料记载，这场有预谋的大屠杀，持续了近半个小时，伤200多人，死亡47人。刚刚22岁的刘和珍便在其中，在她跑到东辕门时身中数弹，同学杨德群、张静淑等人上前营救，也中弹倒地。
刘和珍之死，鲁迅在《记念刘和珍君》文中写道：“我在十八日早晨，才知道上午有群众向执政府请愿的事；下午便得到噩耗，说卫队居然开枪，死伤至数百人，而刘和珍君即在遇害者之列……但竟在执政府前中弹了，从背部入，斜穿心肺，已是致命的创伤，只是没有便死。同去的张静淑君想扶起她，中了四弹，其一是手枪，立仆；同去的杨德群君又想去扶起她，也被击，弹从左肩入，穿胸偏右出，也立仆。但她还能坐起来，一个兵在她头部及胸部猛击两棍，于是死掉了。”
刘和珍牺牲后，她的未婚夫方其道写下挽联：生未同衾，死难同穴，劳燕惜分飞，六载订婚成一梦；内除国贼，外抗强权，疆场共有约，白宫溅血泣黄泉。当天，方其道也在北京，劝患病的未婚妻不必去，但刘和珍没有听。在执政府门口，两人曾远远地见着一面——最后一面。
1926年4月，段祺瑞政府倒台，中华大地上，也发生了不少风云激荡的变化。但这些，那个面容清秀、风华正茂的纤弱女生都看不到了。
如今，刘和珍的出生地毛家园早已变了模样；在她的母校豫章师范学院内有为纪念这位烈士而命名的“和珍广场”。而在北京158中学校园西侧的庭院中，一座方柱尖顶汉白玉纪念碑正面刻着16个大字：三一八遇难烈士刘和珍、杨德群纪念碑。每年3月，当碑两侧松柏遍染新绿，玉兰花重吐芳芽的时候，老师和同学们都会来到碑前讲述先烈的革命事迹，敬献上亲手制作的花圈，表达他们对先烈的敬仰和纪念。刘和珍烈士的斗争精神，将永远激励后来者为民族的振兴而奋斗。
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