1937年11月22日，驻临清的日军高桥联队派出一支30余人的骑兵队，到聊城侦察骚扰，遭我守城部队打击后向北逃窜。这时，范筑先正在清平收编武装，闻报后，立即亲率警卫队、政训队，奔赴聊城以北的梁水镇截击敌军，毙敌队长以下数人，缴获战马4匹。这是鲁西北抗击日军的第一仗，虽是小仗，但在当时国民党数十万大军纷纷南退的情况下，给气焰器张的日军迎头一击，极大地鼓舞了鲁西北抗日军民。
日军联队长高桥恼羞成怒，亲率步、炮、骑兵300余人，于27日由临清南犯聊城，企图报复。范筑先不畏强敌，亲率警卫队、政训队、第三营迎敌而上，在堂邑柳林镇与敌激战四五小时，将敌击退，毙伤敌80余人，临清之敌两次败北，再不敢轻易出动。这次战斗，给敌以沉重打击，我军声威大振、士气高昂。范筑先率部凯旋而归，聊城市民鸣锣放鞭炮夹道欢迎。
12月16日，日军600余人由高唐南犯，侵占南镇，企图从滑口渡黄河，进袭泰安，钳击济南。范筑先立即命令博平、茌平民团在南镇阻击日军，他本人亲率数百人驰援。经白刃格斗，杀伤敌100余人，敌大败而退，粉碎了敌人渡河南下的计划。
1938年3月初，进占平汉路北段的日军土肥原师团，为抢占黄河渡口，以便渡河南下，切断徐州中国守军向西的退路，派大乌联军队长率i000人进占濮县，残杀无辜百姓近1000人，制造了骇人听闻的“濮县惨案”。19日，又派出日伪军300余人进占范县，大肆烧杀抢掠。范筑先悲愤交加，于21日率部奋勇杀敌，一举收复范县，然后率部追杀逃敌。郓城日伪军乘范筑先部主力离城之机，于24日再度侵占范县城。范筑先闻报，不顾连夜征战辛劳，率部立即返回，激战一日，终于第二次收复范县。
3月下旬，日军土肥原师团由濮县董口、彭楼渡过黄河后，留下一个联队的兵力守护濮县至濮阳的交通线和黄河渡口。范筑先遂调集6000兵力，对濮县之敌展开长达70余日的围攻战。5月9日，范筑先率直属部队200余人到濮县城东北七里营巡察，突然遭受日军300人的袭击。范筑先临危不惧，指挥部队利用土围子沉着应战。并令附近3个支队火速赶来增援，里应外合，打得敌人丢下50多具尸体，仓皇而逃。6月8日，范筑先等指挥部队，在濮县西南15里的石墓头再次伏击日军汽车队，毙敌20余人，击毁汽车数辆，缴获军用物资一批。濮县日军遭我连续打击，其补充运输线又被我切断，被迫于6月13日全部撤回大名，范筑先率部随即收复濮县。
8月中旬，为策应保卫大武汉，范筑先调14个支队，动员上万民工，发起济南战役。先头部队第十支队等一直逼近到济南市西北部张庄飞机厂和纬十一路，烧毁敌飞机数架，毙敌一部。铁路破坏分队在十支队机枪营掩护下，颠覆日军军车一列，日军伤亡100余人。另外两个支队和民工，破坏德州至济南段铁路，使敌交通一度陷入瘫痪。这次战役一时造成很大的声势，但在敌人反扑时，遭受一些损失，如抗日青年挺进大队大队长、范筑先的次子范树民等壮烈牺牲。范筑先劝慰夫人：“民儿为国牺牲，死得其所，伊何憾也，吾何悲也。”复令次女为队长，继续率众杀敌。并将长子、长女、三女送入革命队伍，参加抗日。
11月14日，日军千叶联队步、炮兵1000余人，并配有飞机3架，汽车、坦克20余辆，向聊城发动疯狂进攻。范筑先等率领少数守城部队，与敌血战一昼夜，毙伤敌170余人，终因寡不敌众，范筑先等700余名将士壮烈牺牲，聊城失陷。
噩耗传出，举国悲痛。国民政府特令褒扬，重庆《新华日报》、延安《解放》期刊纷纷发表悼念文章，赞扬他高风亮节，一门忠烈，称颂其为忠心报国的民族英雄，表彰他为与共产党合作抗战的楷模。重庆、洛阳、鲁西北冠县纷纷举行隆重的追悼会。中国共产党在延安举行隆重追悼会。朱德、彭德怀、吴玉章、董必武都题写了挽联：
战事方酣，忍看多士丧亡，显其忠勇；
吾侪尚在，誓必长期抵抗，还我河山。
朱德、彭德怀
三友见精神，松体遒，竹身直，梅花亦自清高，格老气苍，直到岁寒全晚节；
一门尽忠义，夫殉职，妻卫民，子女都称勇武，顽廉懦立，共纾国难绍遗风。
吴玉章、董必武
中国英雄志8范筑先在线阅读