در چنین روزی، یعنی در روز عرفه سال ۶۰ هجری، پسر عموی با شهامت امام حسین (ع) و فرستاده آن حضرت به کوفه، به شهادت رسید. کیفیت شهادت آن جناب در منابع تاریخی تشیع به شرح زیر است:

علامه مجلسی (ره) در جلاء‌العیون نقل می‌کند:

هنگامی که حضرت «مسلم ابن عقیل» صدای پای اسبان را شنید، دانست که به طلب او آمده‌اند. فرمود: اِنّا لله وَانّا اِلَیْه راجِعُونَ و شمشیر خود را برداشت، از خانه بیرون آمد، چون نظرش به آن‌ها افتاد شمشیر خود را کشید و به آن‌ها حمله کرد و جمعی از آنان را بر خاک هلاکت افکند و به هر طرف که رو می‌آورد از پیش او می‌‌گریختند، تا آنکه چند نفر از آن‌ها را به عذاب الهی واصل گردانید، تا آنکه یکی از دشمنان ضربه‌ای بر صورت او زد و لب بالای مسلم خونین شد، اما آن شیر خدا به هر سو که رو می‌آورد؛ کسی در برابر او نمی‌ایستاد.

چون از جنگ او عاجز شدند بر بام‌ها برآمدند و سنگ و چوب بر او می‌زدند و آتش بر نی می‌زدند و بر سر ایشان می‌‌ریختند، چون آن سید مظلوم آن حالت را مشاهده نمود و از زنده ماندن خود نا امید شد، شمشیر کشید و بر آن کافران حمله کرد و جمعی را از پا درآورد. در این هنگام «ابن اشعث» دید که به آسانی دست بر او نمی‌توان یافت. گفت: ای مسلم! چرا خود را به کشتن می‌دهی! ما ترا امان می‌دهیم و به نزد ابن‌زیاد می‌بریم و او اراده قتل تو ندارد، مسلم گفت قول شما کوفیان را اعتماد نشاید و از منافقان بی‌دین وفا نمی‌آید.

روایت سید بن طاوس از نحوه شهادت مسلم:

مسلم در آن حال از حیات خود مأیوس شد و اشک از چشمان نازنینش جاری شد و فرمود: این اول مکر و غدر است که با من نمودید. محمد بن اشعث گفت: امیدوارم که باکی بر تو نباشد. مسلم فرمود: پس امان شما چه شد؟! پس آه حسرت از دل پر درد برکشید و سیلاب اشک از دیده بارید و گفت: «اِنّالله وَانّا اِلًیْهِ راجِعُونَ».

عبدالله بن عباس سلمی گفت: ای مسلم چرا گریه می کنی؟ آن مقصد بزرگی که تو در نظر داری این آزارها در تحصیل آن بسیار نیست. گفت: گریه من برای خود نیست بلکه گریه ام برای آن سید مظلوم جناب امام حسین (ع) و اهل بیت او است که به فریت این منافقان غدار از یار و دیار خود جدا شده اند و روی به این جانب آورده اند. نمی دانم بر سر ایشان چه خواهد آمد.

آخر الامر ابن زیاد علیه اللعنه ولدالزنا، ناسزا به او و حضرت امیرالمومنین (ع) و امام حسین (ع) و عقیل گفت، پس بکر بن حمران را طلبید و ابن ملعون را مسلم ضربتی بر سرش زده بود پس او را امر کرد که مسلم را ببر به بام قصر و او را گردن بزن، مسلم گفت به خدا سوگند اگر در میان من و تو خویشی و قرابتی بود حکم به قتل من نمی کردی.

و مراد آن جناب از این سخن آن بود که آگاه کند که عبیدالله و پدرش زیاد بن ابیه زنا زادگانند و هیچ نسبی و نژادی از قریش ندارند.

پس بکر بن عمران لعین دست آن سلاله اخیار را گرفت و بر بام قصر برد و در اثنای راه زبان آن مقرب درگاه به حمد تو ثنا و تکبیر و تهلیل و تسبیح و استغفار و صلوات بر رسول خدا (ص) جاری بود و با حق تعالی مناجات می کرد و عرضه می داشت که بارالها! تو حکم کن میان ما و میان این گروهی که ما را فریب دادند و دروغ گفتند و دست از یاری ما برداشتند. پس بکر بن حمران لعنه الله علیه آن مظلوم را در موضعی از بام قصر که مشرف بر کفش گران بود برد و سر مبارکش را از تن جدا کرد و آن سر نازنین به زمین افتاد. پس بدن شریفش را دنبال سر از بام به زیر افکند.