Тем временем ситуация на советско-германском фронте приняла характер катастрофы – окруженная под Сталинградом 6-я армия Паулюса доживала последние дни, ее капитуляция стала лишь вопросом времени. Попытка Гитлера повторить под Сталинградом Демянск закончилась полным провалом. В России настоятельно требовались свежие резервы, и моторизованная дивизия Эйке не могла уже оставаться вдали от фронта. 1 февраля 1943 года началась продлившаяся две недели переброска дивизии из Франции на Украину. Здесь она была включена в танковый корпус СС, которым командовал обергруппенфюрер СС и генерал войск СС Пауль Хауссер. Корпус был составной частью 4-й танковой армии группы армий «Юг».
Практически с колес дивизия была брошена в бой – к этому времени (16 февраля) под давлением превосходящего противника танковый корпус СС был вынужден оставить Харьков. Гитлер требовал исправить положение, да и генерал-фельдмаршал Манштейн рассматривал оставление Харькова как тактическое. 19 февраля 1943 года эсэсовцы Эйке пошли в бой (операция завершилась 16 марта вторичным занятием Харькова).
За время боев Эйке приобрел некоторый опыт командования дивизией. Но его лихорадочное желание полностью контролировать своих подчиненных, заложенное в самой его сути, осталось без изменений. Поэтому, когда днем 26 февраля 1943 года оказалось, что радиосвязь с 3-м танковым полком СС потеряна он потребовал подготовить самолет, чтобы обнаружить полк и выяснить положение дел. Как у командира дивизии в распоряжении Эйке имелся легкий одномоторный разведывательный самолет Fieseler Fi.156 Storch. На нем Эйке и поднялся в воздух в последний раз в своей жизни.
Вскоре самолет достиг деревни Михайловка, где Эйке увидел позиции потерянного полка, – ситуация была выяснена и можно было возвращаться на командный пункт. Снизившись до 100 метров, пилот «Шторьха» начал медленно разворачиваться. В этот момент «Шторьх» оказался над деревней Артельное, где располагались хорошо замаскированные позиции советских войск. У солдат Красной Армии не было зенитного вооружения, но «Шторьх» летел низко, что делало его доступным для огнестрельного оружия. Советские солдаты открыли по командному самолету огонь из винтовок и пулеметов. «Шторьх» вообще был довольно уязвимым и неприспособленным для участия в бою самолетом, он сразу же загорелся и упал на землю. И Эйке, и пилот «Шторьха» мгновенно погибли.
В начале шестого утра штурмовая группа гауптштурмфюрера СС Лиино Мазари оттеснила советские войска, взяла Артельное и вынесла с поля боя обгоревшие останки своего командира. Тело обергруппенфюрера СС и генерала войск СС Теодора Эйке было погребено с отданием воинских почестей на кладбище соседней деревни Отдохнино. Адольф Гитлер выразил скорбь по поводу гибели кавалера Рыцарского креста с дубовыми листьями и в ознаменование заслуг Эйке приказ присвоить 6-му моторизованному полку СС имя «Теодор Эйке» («Theodor Eicke») – это был бывший 3-й пехотный полк СС «Мертвая голова», входивший в состав моторизованной дивизии СС «Мертвая голова». 1 марта 1943 года тело Эйке было погребено на кладбище города Орелки.