抗战全面爆发后，范子侠在行唐、新乐一带组织抗日义勇军，积极抗日。1938年春，范子侠自改番号为冀察游击第二师，率部由河北行唐南下，转战冀西、豫北一带。他以骁勇善战著称，能双手打枪。范子侠为人正直，性情豪放，虽系旧军人出身，但丝毫未沾旧军人恶习。1939年秋，在八路军总部和刘伯承师长、邓小平政委的关怀下，范子侠部队被编为一二九师平汉抗日游击纵队，范子侠任司令员，并于年底加入中国共产党。1940年，范子侠任八路军第一二九师新编十旅旅长，率部参加了百团大战、冀西反“十一路围攻”、黄崖洞保卫战等战斗。其间，他率部作战英勇顽强，多次负伤。

1942年，范子侠兼任八路军太行军区第六分区司令员，他随即率领部队转战冀西山区，持续打击敌人。2月的一天，范子侠在得知敌人一个武器运送车队准备开进临城县城后，立即率领一个营的指战员于夜间悄悄埋伏在临城县城与古鲁营村之间的北盘石村岗坡上，准备消灭这股敌人。

清晨，日伪军乘卡车和摩托车满载军用物资渐渐进入伏击圈，后面还有敌人伪军骑兵约两个连殿后。范子侠从望远镜看得一清二楚，他靠前指挥，传令各连连长放过前方“开道”的敌人摩托车，在敌人卡车驶入伏击圈后再行攻击。见卡车车队全部钻进伏击圈，范子侠发出战斗指令。埋伏在公路两侧的战士们扔出手榴弹，并用步枪、机枪一起射向敌人。敌人卡车轮胎相继被击中，抛锚在路上。乘敌人纷纷跳车逃命之际，范子侠命指战员迅速发起冲锋。战士们一阵猛打，很快把押车的日军消灭干净。敌人前卫部队听到身后枪声大作马上掉头回来增援，却不防范子侠为他们另设了一个伏击圈。在八路军战士的枪炮声中，这伙敌人被全部消灭。敌殿后骑兵本想上前接应，遭到八路军的顽强阻击，见前面日军车队已遭歼灭，伪军无心恋战，遗尸数具后逃走，战士们缴获洋马4匹。

此次战斗，范子侠率领战士们一举击毙押车数十名敌人，击毁敌人卡车、摩托车各数辆，缴获机枪、步枪数十支，迫击炮3门、手榴弹5箱、子弹数千发、食品数十箱。

内丘、临城县城日军闻讯后，慌忙调集救援部队赶往北盘石村。范子侠闻讯后派出阻击部队和敌激战，掩护军民抢运敌人的弹药物资，在打死打伤敌人数十人后，范子侠率部护送缴获物资安全转移。

1942年2月12日，范子侠在河北沙河县反“扫荡”战斗中不幸中弹，壮烈牺牲，享年34岁。