1952年10月，在抗美援朝上甘嶺戰役中，所在營與美軍為首的“聯合國軍”和南朝鮮軍激戰4晝夜後，於19日夜奉命奪取上甘嶺西側597．9高地。部隊接連攻占3個陣地後，受阻於零號陣地，連續組織3次爆破均未奏效。時近拂曉，如不能迅速消滅敵中心火力點，奪取零號陣地，將貽誤整個戰機。關鍵時刻，時任某部6連通信員的黃繼光挺身而出，請求擔負爆破任務。他在決心書上寫道：“堅決完成上級交給的壹切任務，爭取立功當英雄，爭取入黨。”當即被任命為第6班班長。他帶領2名戰士勇敢機智地連續摧毀敵人幾個火力點，正在這時，黃繼光、吳三羊和肖登良沖了上去。他們三個人交替掩護爆破，很快炸掉了三個小地堡，只剩下最後壹個大地堡了。這時，吳三羊犧牲了，肖登良也重傷後奄奄壹息。指導員在敵照明彈的光亮上看見只剩黃繼光壹個人帶著傷在運動時，連忙爬過來用機槍掩護黃繼光。黃繼光拖著受傷的腿，慢慢爬到地堡前，然後奮力投出壹顆手雷。不料這個大地堡很堅固，手雷爆炸後只炸塌了地堡的小小壹角。敵人的機槍依然瘋狂噴吐著火舌。面對敵人的猛烈掃射，他毫無畏懼，忍著傷痛，迅速抵近敵中心火力點，連投幾枚手雷，敵機槍頓時停止了射擊。當部隊趁勢發起沖擊時，殘存在堡內的機槍又突然瘋狂掃射，攻擊部隊再次受阻。這時他多處負傷，彈藥用盡。為了戰鬥的勝利，他頑強地向火力點爬去，靠近地堡射孔時,他突然奮力撲了上去，用自己的胸膛，死死地堵住了敵人正在噴射火舌的槍眼，壯烈捐軀。在黃繼光英雄壯舉的激勵下，部隊迅速攻占零號陣地，全殲守敵兩個營。
戰友們沖上“零號”陣地時發現，黃繼光敦實的身軀仍然壓在敵人的射擊孔上，他的手還牢牢地抓著周圍的麻袋，寬闊的胸膛還緊緊地堵著敵人的槍口……人們看到，黃繼光的腿已被打斷，身上有七處重傷，他的身後有壹道長長的血印。犧牲後的黃繼光全身傷口都沒有流血，地堡前也沒有血——血都在路上流光了！可以想見，在最後時刻，黃繼光是以何等堅強的毅力，拖著重傷的身軀，爬到敵人的地堡前，又壹躍而起的。
令人遺憾的是，由於黃繼光從小家境貧寒，從來沒有去照過壹次相。犧牲後雖有人拍照過遺體，形象卻十分慘烈且面容難辨。在宣傳英雄事跡的時候，因找不到壹張可用的照片，只好用壹幅舍身堵槍眼的素描畫來代替。1960年3月，毛澤東會見黃繼光的母親鄧芳芝
戰後，當時的目擊黃繼光英勇事跡的戰士大都在後來的戰鬥中犧牲，只有135團6連連長萬福來重傷後活了下來。他在醫院聽到報上說黃繼光僅僅被追授“二級英雄”，曾上書陳情。誌願軍總部遂撤銷了黃繼光“二級英雄”，追授“特級英雄”稱號——我軍至今僅有楊根思和黃繼光獲得過這壹級別的榮譽。部隊黨委追認他為中國***產黨黨員，追授“模範團員”稱號。中國人民誌願軍領導機關給他追記特等功，並追授“特級英雄”稱號。朝鮮民主主義人民***和國最高人民會議常任委員會追授他“朝鮮民主主義人民***和國英雄”稱號和金星獎章、壹級國旗勛章。
1953年4月，黃繼光的母親鄧芳芝作為代表出席了全國婦女大會。毛澤東還請鄧芳芝到中南海自己家中做客，表示了對英雄的敬意。