Тринадцать «хейнкелей» преследовали «Ташкент» до самого Севастополя. Пока одни сбрасывали на корабль груз бомб, другие улетали за новыми. Немецкие торпедные катера атаковали его у входа в осажденный город. На обратном пути немецкая авиабомба повредила эсминец, но подоспевшие на помощь советские корабли сняли с него пассажиров и помогли «Ташкенту» благополучно возвратиться на базу. Петров оставался на «Ташкенте» до конца. Он наотрез отказался перейти на другой корабль и расстаться с командой, членом которой считал себя в эти дни. Очевидцы рассказывали, что в походе Петров ни разу не спал, не спускался вниз. Во время бомбежек он находился на верхней палубе и помогал людям. В своем последнем очерке, так и оборвавшемся на полуслове, Петров ничего об этом не говорит. Зато с каким восхищением он отзывается о безупречном мужестве всех участников похода, которые знали, на что идут, и с таким удивительным хладнокровием исполняли свои суровые обязанности.
На Большую землю Петров возвратился переполненный впечатлениями, с целым ворохом заметок для будущих статей и очерков. Адмирал И. С. Исаков виделся в эти дни с Петровым в Новороссийске. Уже перед самым отлетом писателя в Москву он зашел к нему проститься. Веранда, на которой спал Петров, и вся мебель вокруг «были устланы исписанными листками бумаги. Каждый был аккуратно придавлен камешком. Это сушились записи Евгения Петровича, с его полевой сумкой попавшие в воду во время боя».
Петров торопился в Москву — писать, писать! Но жить ему оставалось только несколько часов. 2 июля военный корреспондент совершил свой последний рейс. Самолет, на котором он летел, разбился, в Ростовской области, близ села Маньково. Когда Петрова вытащили из-под обломков, он был еще жив. Несколько раз он повторил: «Пить... Пить... Пить!» Ему принесли воду. Он глотнул — и умер. Похороны состоялись неподалеку от места катастрофы, на площади села Маньково, где теперь установлен гранитный памятник-обелиск. По свидетельству участника похорон бойца истребительного батальона Т. Тронькова, Петрова хоронили железнодорожники станции Миллерово, колхозники села Маньково, жители районных центров Чертково и Меловое. Это они сохранили могилу писателя, когда поблизости развернулись упорные бои.
Смерть Евгения Петрова взволновала всех друзей советской литературы. В соболезновании, присланном Лигой американских писателей, говорилось: «Гибель Петрова, большого писателя, которого очень любили у нас в Америке, еще больше усилит нашу решимость работать для полного и скорого уничтожения гитлеризма». Среди писателей, поставивших под этой телеграммой подписи, есть имя Теодора Драйзера.