พระราชพงศาวดาร ฉบับพันจันทนุมาศ (เจิม) ระบุว่า เมื่อวันที่ 3 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2090 สมเด็จพระมหาจักรพรรดิเสด็จออกไปดูกำลังข้าศึกที่ภูเขาทอง[3] พระสุริโยทัยพร้อมด้วยพระราชโอรสพระราชธิดารวม 4 พระองค์ตามเสด็จด้วย โดยพระองค์ทรงแต่งกายอย่างพระมหาอุปราช ทรงช้างพลายทรงสุริยกษัตริย์สูง 6 ศอก[4] ครั้นยกกองทัพออกไปบริเวณทุ่งภูเขาทอง กองทัพอยุธยาปะทะกับกองทัพพระเจ้าแปร ซึ่งเป็นทัพหน้าของพม่า ช้างทรงของสมเด็จพระมหาจักรพรรดิเกิดเสียทีหันหลังหนีจากข้าศึก พระเจ้าแปรก็ทรงขับช้างไล่ตามมาอย่างกระชั้นชิด พระสุริโยทัยทอดพระเนตรเห็นพระราชสวามีกำลังอยู่ในอันตรายจึงรีบขับช้างเข้าขวางพระเจ้าแปร ทำให้ทรงไม่สามารถติดตามต่อไปได้[5][6] พระเจ้าแปรจึงทำยุทธหัตถีกับพระสุริโยทัย เนื่องจากพระนางอยู่ในลักษณะเสียเปรียบ ช้างพระเจ้าแปรได้เสยช้างพระสุริโยทัย จนเท้าหน้าทั้งสองลอยพ้นพื้นดิน แล้วพระเจ้าแปรจึงฟันพระสุริโยทัยด้วยพระแสงของ้าวต้องพระอังสาขาดถึงราวพระถัน[7][3] ส่วนพระราชพงศาวดารกรุงเก่า ฉบับหลวงประเสริฐอักษรนิติ์ ระบุว่ามีพระราชธิดาสิ้นพระชนม์บนคอช้างด้วย[8][9][10][11]

ถึงแม้ว่าจะมีการสร้างพระราชานุสาวรีย์ขึ้นเฉลิมพระเกียรติพระองค์ขึ้นหลายแห่งในประเทศไทย แต่ตัวตนและความเสียสละของพระองค์ยังเป็นหัวข้อที่ยังเป็นที่โต้เถียงกันอยู่ เนื่องจากความจริงที่ว่าพระนามของพระองค์มิได้ถูกกล่าวถึงหรือบันทึกไว้ในประวัติศาสตร์พม่าเลย[12] และข้อเท็จจริงทั้งหมดเกี่ยวกับชีวิตของพระองค์ถูกคัดมาจากบางตอนของจดหมายเหตุกรุงศรีอยุธยาและการบรรยายของนักสำรวจชาวโปรตุเกส โดมิงกู เซชัส (Domingo Seixas)[13]