31 октября 1941 года около 2000 комсомольцев, среди которых была и Зоя, явились в московский кинотеатр «Колизей», где шел набор добровольцев. Оттуда Космодемьянскую направили в разведывательно-диверсионную школу при партизанской части № 9903 штаба Западного фронта. 4 ноября после трехдневного курса обучения группу диверсантов, в числе которых была Космодемьянская, перебросили в район Волоколамска, где им дали первое задание, – заминировать дорогу. С задачей молодые разведчики успешно справились.
Между тем немцы подступали к столице. 17 ноября вышел приказ Сталина о сожжении десяти населенных пунктов под Москвой, занятых фашистами, в том числе и деревни Петрищево. Целью диверсий было лишить немецких военнослужащих возможности жить в теплых убежищах и заставить мерзнуть под открытым небом. Диверсантам выдали бутылки с зажигательной смесью и сухой паек на 5 дней. В ночь на 27 ноября Борис Крайнов, Василий Клубков и Зоя Космодемьянская вошли в деревню Петрищево и подожгли там три дома, один из которых использовался немцами как узел связи. Также были уничтожены хозпостройки, в которых находились 20 лошадей, используемые фашистами для транспортировки грузов.
Получилось так, что Зоя разминулась с товарищами (Клубков, как выяснилось впоследствии, был схвачен немцами) и решила вернуться в деревню, чтобы продолжить поджоги. Вечером 28 ноября она пыталась поджечь сарай местного старосты, но была замечена и схвачена немцами. Допрашивали ее три офицера с переводчиком. Зоя назвалась Таней – в честь своей любимой героини Гражданской войны Татьяны Соломахи. Никаких сведений о своих товарищах и прочих интересовавших фашистов вещах она не сообщила, поэтому к ней применили пытки - раздели догола и стали пороть ремнями. Избивали. Потом босиком и в одном нижнем белье водили по снегу.
На следующее утро около половины одиннадцатого Зою вывели на улицу, где уже успели соорудить виселицу. На грудь девушке повесили табличку с надписью на русском и немецком: «Поджигатель домов». Девушка сама взобралась на ящик, а когда ей надевали на шею петлю, крикнула: «Сколько нас ни вешайте, всех не перевешаете, нас 170 миллионов. Но за меня вам наши товарищи отомстят!»
Позднее снимки казни Зои Космодемьянской были найдены у одного из убитых немецких солдат под Смоленском.
Снимать труп с виселицы немцы запретили. Он провисел там около месяца, неоднократно подвергаясь надругательствам со стороны фашистов. Под Новый год пьяные солдаты сорвали с тела одежду, искололи его ножами и отрезали грудь. На другой день виселицу наконец убрали, а тело Зои местные жители захоронили за околицей деревни. Ей было 18 лет. Она только что закончила школу. Зоя Анатольевна Космодемьянская стала первой женщиной в годы Великой Отечественной войны, удостоенной звания Героя Советского Союза (посмертно). На месте роковых событий есть монумент со словами "Зое, бессмертной героине советского народа".
