После трёхдневного обучения, 4 ноября 1941г., группа диверсантов, в которую входила Зоя, была переброшена в район Волоколамска, где успешно справилась с заданием по минированию дороги.
18 ноября группа получила задание сжечь в течение 5—7 дней 10 населённых пунктов в тылу врага, чтобы таким образом лишить немецкую армию возможности использовать занятые ими деревни в качестве перевалочных баз и коммуникационных пунктов. Выйдя на задание, группа попала в засаду у деревни Головково, и понесла большие потери. Однако, перегруппировавшись, советские диверсанты продолжили выполнять задание. 27 ноября в 2 часа ночи бойцы Борис Крайнов, Василий Клубков и Зоя Космодемьянская подожгли три дома в деревне Петрищево. Один из сожжённых домов использовался как немецкий узел связи, в остальных домах ночевали немецкие солдаты.
После выполнения задания Зоя разминулась со своими товарищами по отряду, и решила вернуться в Петрищево, чтобы продолжить поджоги. Вечером 28 ноября она была схвачена немцами.
Фашисты допрашивали Зою, подвергая её зверским пыткам. Девушка не выдала никакой конкретной информации, и называла себя Таней. 29 ноября 1941 года в деревне Петрищево Московской области фашисты казнили советскую партизанку Зою Космодемьянскую.
16февраля 1942 года Зое посмертно присвоено звание Герой Советского Союза.
Отважная партизанка навсегда останется в памяти нашего народа символом героической самоотверженности, истинной любви к своей Родине. Зоя стала жизненным примером для многих людей, символом мужества, силы духа и несгибаемой воли. Её образ отражён в художественной литературе, публицистике, кинематографе, живописи, монументальном искусстве, музейных экспозициях.