Vào mùa mưa năm 1966, Sư đoàn 9 phối hợp với Trung đoàn 6 tiến hành trận giao thông chiến chặn đánh tiêu diệt xe cơ giới Mỹ trên đường 13 tại cầu Cần Lê (đoạn từ An Lộc đi Lộc Ninh). Lúc đơn vị chuẩn bị xuất quân thì chị bị sốt nặng. Do đó, đơn vị phân công chị ở lại, nhưng chị vẫn nhất quyết đòi ra trận bằng được. Cuối cùng, chị cũng có mặt trong đội hình xuất phát. Trận đánh diễn ra rất ác liệt, xe tăng địch được sự yểm trợ của máy bay phản lực, trực thăng vũ trang và pháo tầm xa đã phản kích quyết liệt. Trên chiến trường, nhiều chiến sĩ của ta đã bị thương. Không ngại hiểm nguy, chị Đoàn Thị Liên cùng đồng đội bò dưới làn đạn pháo địch tìm kiếm thương binh. Sau khi cõng được 2 thương binh về hầm trú ẩn của mình, do hầm chật nên chị tạm núp sau gò mối để chuẩn bị trở lại trận địa tìm thương binh. Bất ngờ, một quả đạn pháo nổ vang, chị Liên bị một mảnh đạn ghim vào lưng. Trong tiếng gầm thét của máy bay phản lực, tiếng nổ xé trời của bom đạn, đồng đội vẫn nghe tiếng chị la lớn: “Chị em xông ra trận địa cõng thương binh về hầm, nhanh lên!”. Nén lại nỗi đau, chị trườn về phía hầm trú ẩn, rồi kêu gọi đồng đội: “Thà hy sinh chứ không để thương binh bị thương lần thứ hai”. Vừa dứt lời, một chiếc máy bay nhào xuống thả bom ở khu vực gần công sự. Chị Liên lao tới, dùng thân hình bé nhỏ của mình che kín miệng hầm trú ẩn. Một quả bom nổ ngay miệng hầm, chị Liên trúng thêm nhiều mảnh đạn và lịm đi. Hôm ấy là ngày 10/7/1966, Trung đội trưởng Đoàn Thị Liên đã ngã xuống mãi mãi ở tuổi 22, với những ước mơ còn dở dang với chiếc khăn tay thêu những lúc dừng chân hành quân chưa tặng người thương...
Trên đây là hình ảnh của buổi sinh hoạt