白桐本日夜操劳，体质虚弱，患上了疟疾。1944年3月15日，在堤南乡一家老乡家开会时疟疾复发，无法及时转移，被敌人包围，突围时多处中弹，不幸被捕。“一弹中脑部，一弹中腿部、一弹中臀部未取出”“神志时清醒时昏迷”“今日该犯伤已发炎，鼻孔并有脓液流出，已至极危险之际”……在南通市公安局查获日伪未及时销毁转移的档案中，详细记载了白桐本从被捕到牺牲的全过程。1944年3月23日，白桐本牺牲在南通“江北中央医院”，时年24岁。从被捕到牺牲的9天时间里，敌人没能从他嘴里获得一条关于我党我军的线索。
白桐本牺牲后，噩耗传到掘马南区，百姓无不恸哭，群众纷纷用传统的方式祭祀自己的亲人。当时的《苏中报》和延安《解放日报》都以《人民领袖白桐本》为醒目标题，报道了白桐本的感人事迹。为纪念白桐本烈士，苏中第四行政区专员公署于1944年10月，将掘马南区改为“桐本区”，马塘镇新建了一座桥命名为“桐本桥”。新中国成立后，白桐本的英雄事迹被画进了连环画《人民的烈士白桐本》中，《人民英雄白桐本》《映山红》等图书在全国发行。
在如东县革命烈士陵园《人民领袖——白桐本》专区，白桐本17岁时的毕业照、木刻印章、黄铜盆、白桐本手写信、敌伪向上级报告关于白桐本伤情的摘录（复印件）等都能在这里看到。
如今，桐本区的地名已淡出历史舞台，但一条桐本路、一座桐本桥、一个“黄铜盆”都是白桐本烈士英雄事迹的见证，他的传奇故事仍旧广为流传，他的崇高精神激励着后人铭记历史、缅怀先烈、砥砺前行。