七月二十一日（8月15日）清晨，慈禧携光绪帝一行仓惶出逃。走到景山前，才瞧见一乘骡车，问了骡夫，才知道是载澜车子，她仓皇登车，一口气逃出了德胜门外。此时，董福祥甘军象洪水一般撤退，势不可挡。王懿荣又指挥守城兵勇及义和团很快将洋人击退。东直门失而复得。箭楼上青龙旗又猎猎飘扬。下午未时，日、俄军又弄来了几门大炮，他们架在东直门外护城河边，对准东直门城墙猛烈轰击。不一会东直门城墙被炸开一个数百丈大口子，毫无城守之势。王懿荣在东直门被炸开后，自知城防已不可为。便组织团勇巷战。他见东直门的龙旗已被炸飞，而出现在城墙上的是太阳旗时，气得直在墙根上狠狠垛了几刀。这时，成千上万的联军蜂拥而入。退守在巷内的团勇们奋勇抵抗不降。王懿荣被数团勇拥簇送往家中。他一路上极不情愿地被拥簇回府，当谢夫人问他外面怎样？他只说了一句：“主辱臣死，吾今可以报朝廷矣！”半夜，王懿荣徘徊于庭院，门外不断传来枪炮声和百姓的惨叫声。当他得知慈禧太后挟光绪帝已逃出了京城时，他仰天长叹，说：“吾可以死矣！”然后，面向南方，跪倒在地，大呼：“皇上，你多保重！是臣无能使您蒙受耻辱……”此时，大街小巷，百姓扶老携幼，狂奔乱逃。浓烟烈火，冲天而起。八国联军用重炮轰击东安门包铁大门，阵阵巨响，传出数里。第一道门轰然倾倒，敌人蜂拥而入。王懿荣感到自己不能再苟安于乱世了，他对家人说：“吾义不可苟生！”他不愿做亡国之奴，感到以身殉国的时候到了，又对继室谢夫人讲：“吾可以死矣！”说毕，用楷书在纸上写下绝命词：
主忧臣辱，
主辱臣死。
于止知其所止，
此为近之。
末署“京师团练大臣国子监祭酒南书房翰林王懿荣”。
然后吞金、服毒，两次未果，当即令家人将井石挪开，准备率妻子谢夫人、长媳张允淑及四子崇焕（9岁）、长孙福坤（8岁）一起投井。众仆人“环跽而劝”。王懿荣厉斥之。这时，有跟随多年的仆人将小儿崇焕、长孙福坤抢出抱走。王懿荣仰天笑曰：“有义仆抢出小主人，吾家幸甚，吾家可谓忠、孝、节、义俱全，死而无憾！”说着，先将戚继光宝刀掷入井中，跟着纵身跳入井中。继后谢夫人、长媳张允淑也相继跳入井里。一家人壮烈殉国。享年55岁。谢夫人42岁，张允淑夫人仅31岁。
谢夫人，名云鹤，山东福山县城里村人。生于咸丰八年（1858）戊午九月二十六日，享年42岁。其父乃王懿荣母舅谢伟勋。光绪八年（1882）十二月初八日王懿荣抵直隶（今河北省）良乡县谢伟勋（方平）衙署，此时谢伟勋任良乡县知县。王懿荣在县署与谢夫人结为连理。王懿荣长表妹与妻子12岁，当时王懿荣37岁，谢夫人24岁。
光绪十年（1884），谢夫人生下第三子崇熿，不幸夭折。光绪十八年（1892）谢夫人又生下第四子崇焕（字汉章）。光绪二十一年（1895）谢夫人又生下一女乳名来往，不幸夭折。
王懿荣继室谢夫人，出身诗书世家，名门望族。谢夫人仪容端庄，性情娴淑，为人爽朗刚正。婚后，伉俪恩爱，谢夫人处处体贴入微，使王懿荣时时感到家庭安乐，以慰他痛失元配爱妻之苦。谢夫人孝敬公婆、小姑，待黄夫人所生崇燕、崇烈如己出，深受王懿荣敬佩。王懿荣也对这位小表妹痛爱有加。王懿荣曾给陈介祺一信中提到，他一生：“不酒、不烟、不二女！不解为利，故自觉神不乏。”可见他对谢夫人感情至深。
王懿荣长媳张允淑，字嘉问，张人骏之长女，生于同治八年（1869），享年31岁。张允淑生有一子，名福坤，字光地，乳名大相，生于光绪十七年（1891），他母亲随王懿荣夫妇殉难时，王福坤8岁，本与其母一起投井，被女佣人从井边强行救出。后被接到张人骏家中抚养，于宣统元年（1909）成婚，卒于1944年，享年53岁。
张人骏，直隶丰润人。张佩纶侄子。字千里，又字安圃。同治进士，选庶吉士授翰林院编修。光绪二十六年（1900）任山东布政使，后又调任河南巡抚、山西巡抚，漕运总督、两江总督、协办大学士、总理各国事务衙门大臣等职。
十日后，礼部侍郎张英麟（字振卿，山东历城人，同治四年进士）筹措了70余金，置办了3口薄棺，亲自率国子监诸生到王懿荣的府邸。由国子监学政王伯恭，学生王杜松等率南学监生们，将王懿荣、谢夫人、张允淑夫人尸体从井中捞起，史载：“三人面容如新”，众人将他们暂时装殓，浅葬于花园空隙地方。距井不过数十米。
一个月后，道员王瑾与侍郎张翼看到八国联军在城内烧杀抢掠的高峰已过，又把王懿荣等三人的灵柩入城郊宝应寺义园。
九月初九日（10月30日），行在内阁抄奉上谕：
二品衔国子监祭酒王懿荣敦品绩学，持躬清正，侍从南斋，迭承恩眷。平日夙怀忠义，恩济时艰。本年七月间，临难捐躯，从容起义。洵然大节凛然，加恩著追赠侍郎衔，照侍郎例赐恤。其妻谢夫人及其长子妻张氏亦同时殉难，忠烈孝义萃于一门。允宜特别予以褒扬，以彰贞节。王谢氏、王张氏均著其旌表。伊长孙王福坤著俟服阕后，以主事分部行走。该部知道了。寻予谥：“文敏”。
内阁抄出，光绪二十六年九月初八奏上谕，“袁世凯奏大员殉节，吁恳恩施一折，王懿荣追赠侍郎，照侍郎例赐。钦此。”应将该员照侍郎殉难例。荫一子入监读书，六月期满，以知州注册候铨。光绪二十七年（1901）五月十九日奏准。
光绪二十七年（1901）二月，王懿荣次子崇烈（字汉辅）由宝应寺义园将父母及大嫂的灵柩启运回故里，由天津经海路抵烟台港码头，然后起陆运至福山古现北顶岭安葬。
王懿荣生前有四个儿子和三个女儿。其中长子、次子、长女、次女为元配黄兰夫人所生；三子、四子、三女为继室谢云鹤夫人所生。
长女保生生于同治二年十月（1863年11月），生于保定，4岁时因病天花夭亡于北京。
次女定任，生于同治五年十月（1866年11月），北京，黄夫人分娩后，流血过多，病体几乎难以支持。祖父王祖源给孙女起名崇瑛。
光绪八年八月（1882年9月），王崇瑛嫁于海丰（今山东无棣县）吴式芬之孙、吴重熹之子吴崶。
同治七年十二月七日（1869年1月19日），王懿荣长子王崇燕出生。
王崇燕，字翼北，又字孟喜。光绪十三年（1887），王崇燕入府庠，是年20岁。光绪十五年（1889）王崇燕迎娶张人骏长女张允淑为妻。光绪十七年（1891）24岁的王崇燕参加山东省乡试，中式第十六名举人。同年八月二十三日（9月25日），王崇燕长子王福坤于福山新宅出生。
王崇燕聪颖好学，思路敏捷。尤喜读《谷梁传》。研究谷梁学，发挥先儒的遗蕴，颇有成就。曾著有《谷梁集解纠谬》十二卷、《谷梁发微》四卷、《谷梁旁通考》一卷、《谷梁注疏笺证汇义》三十卷。
光绪十八年（1892），王崇燕参加壬辰科会试，头场刚过，咯血满地，被抬回家中。次年五月初三（1893年6月16日），王崇燕病逝于北京，是年25岁。
同治九年七月十五日（1870年8月11日），王懿荣第二子王崇烈出生。王崇烈，字汉辅，一字火传。光绪十三年（1887），王崇烈入福山县庠。光绪十六年（1890），王崇烈与湖北督粮道张之洞胞弟张之渊之女结婚。第二年他们的儿子福尧出生。
福尧与福坤是同年所生，但比福坤大几月，因而为长孙。出生后不久，就过继给王懿荣侄子王来庶为子。王来庶是王懿荣大伯父王伯润的长孙，年轻时从祖父在陕西阵亡。福尧就过继给他为子，故其字曰大宗。但不久福尧夭亡。他的母亲张氏也因产后生病，不久卒于北京。
光绪十八年（1892），王崇烈又续娶山东章丘县知县蒋庆第女儿为继室，在济南成婚。过了两年，他们生了一个女儿，名福至，是王懿荣长孙女。
光绪二十年（1894），王崇烈应甲午科顺天府乡试，中式第三十二名举人。
光绪二十二年（1896），蒋氏生下一男孩，为王懿荣次孙，名福塨，字次蠡。因福尧早殇，王懿荣又将福塨过继给王来庶为子。
光绪二十四年（1898），王崇烈妻蒋氏病逝于北京。同年王崇烈以举人、援例为直隶候补知州，供差永定河工。后保荐为候补知府、候补道员，分发直隶候缺，驻天津。
光绪二十五年（1899），王崇烈在北京三娶山东章丘县知县陈代卿（字云笙）次女陈孺云为妻。
光绪二十六年（1900），即庚子年，王崇烈遵父命，携妻子返故里福山。王懿荣殉国后，一切善后全赖王崇烈料理。
王崇烈颖悟聪敏，勤奋好学，治公羊学，年方10岁，有“神童”之誉。居京师时，国子监祭酒宗室盛昱、提学黄绍箕等名流，都对他十分赞赏。他所研究的经学、金石学、训诂学，“翘和为金石诸生冠”。