В ходе выполнения боевого задания она была схвачена немцами, подвергнута жестоким пыткам и казнена через повешение. Перед смертью Космодемьянская произнесла легендарную речь, призывая жителей села самоотверженно бороться с оккупантами.
Зоя Космодемьянская стала одним из символов героизма советского народа в Великой Отечественной войне. Её образ запечатлен в художественной литературе, публицистике, кинематографе. Первая женщина, удостоенная звания Героя Советского Союза (посмертно) во время Великой Отечественной войны.
Образ Зои Космодемьянской был выбран как образец для подражания в национально-освободительной борьбе Мьянмы. Лидер национально-освободительного движения народа каренов, генеральный секретарь партии Каренский национальный союз Ман Ша Ла Фан считал Космодемьянскую примером для подражания и готовности к самопожертвованию для членов своей организации. По имени Космодемьянской он назвал свою дочь Зою.