نظر اکثریت مورخان آن است که حضرت عباس (علیه السلام) قطعاً در روز ۱۰ محرم شهید شده است. مظفر دو قول دیگر هم مبنی بر شهادت در روزهای هفتم محرم و نهم محرم ذکر کرده و آنها را ضعیف و بسیار نادر دانسته است.

گزارش‌های مختلفی از نبردهای حضرت عباس (علیه السلام) در روز عاشورا و چگونگی شهادت ایشان نقل شده است. بر اساس نقل برخی منابع، حضرت عباس تا شهادتِ آخرین نفر از اصحاب امام حسین علیه السلام و بنی‌هاشم، به میدان نرفته‌اند.

به گفته شیخ مفید، امام حسین  و حضرت عباس بن علی علیهما السلام با هم به میدان رفتند؛ ولی سپاه عمر سعد، بین این دو حائل شدند. امام حسین علیه السلام زخمی شدند و به خیمه برگشتند و حضرت عباس به تنهایی جنگیدند تا جایی که به شدت زخمی شدند و دیگر توان رزم نداشتند. در این حال، زید بن ورقاء حنفی و حٌکَیم بن طٌفَیل سِنبِسی ایشان را به شهادت رساندند. شیخ مفید جزئیات دیگری نقل نکرده است. در مقتل ابی‌مخنف نیز جزئیات شهادت حضرت عباس نقل نشده است. در زیارت ناحیه غیرمشهور، یزید بن وَقَّاد وَ حَکِیم بن الطُّفَیلِ الطَّائِی به عنوان قاتلان حضرت عباس ذکر شده است. بر اساس برخی دیگر از منابع، پس از شهادت همه اصحاب و خاندان بنی‌هاشم، حضرت عباس علیه السلام قصد کردند تا برای خیمه‌ها آب بیاوردند. ایشان به سمت شریعه فرات حمله کردند و توانستند از بین نگهبانان شریعه خود را به آب برسانند. در راه برگشت، دشمن به ایشان حمله کرد. حضرت در نخلستان با دشمن نبرد می‌کردند و به سمت خیمه‌ها می‌رفتند که زید بن ورقاء جهنی از پشت نخلی بیرون پرید و ضربه‌ای به دست راستشان وارد کرد. حضرت عباس شمشیر را به دست چپشان گرفتند و به نبرد با دشمن ادامه دادند. حکیم بن طفیل طائی که پشت درختی خود را پنهان کرده بود، ضربه‌ای به دست چپشان وارد کرد و بعد از آن نیز عمودی بر سر حضرت عباس وارد کرد و ایشان را به شهادت رساند.

بر اساس گزارش خوارزمی، وقتی حضرت عباس (علیه السلام) شهید شدند، امام حسین (علیه السلام) بر نعش برادر حاضر شدند، به شدت گریه کردند و فرمودند: اَلآنَ اِنکَسَرَ ظَهری وَ قَلَّت حیلَتی: اکنون کمرم شکست و چاره‌ام اندک شد. با این حال، خوارزمی حضرت عباس را آخرین کسی نمی‌داند که به میدان جنگ رفته است.