درباره چگونگی شهادت حضرت علی‌اصغر گزارش‌های مختلفی نقل شده است. بر اساس گزارش شیخ مفید، امام حسین (علیه السلام) پس از بردن جسد قاسم، پسر امام حسن (علیه السلام) کنار دیگر شهدا، جلوی خیمه نشستند که عبدالله [علی‌اصغر] را نزدشان آوردند و امام او را در دامن خویش نشاندند. در این هنگام مردی از بنی‌اسد، تیری روانه کرد و او را ذبح نمود. امام دستشان را [زیر گلوی طفل] گرفتند و چون پر از خون شد، آن را بر زمین ریختند و گفتند: «پروردگارا! اگر یاری آسمان را از ما گرفته‌ای، پس آن را به صلاح ما قرار ده و انتقام ما را از این ستمکاران بگیر.» سپس او را بردند و کنار دیگر کشتگان گذاشتند. بنا بر نقل دیگر، هنگامی که امام حسین (علیه السلام) برای وداع کنار خیمه‌ها آمدند، کودکشان را در آغوش گرفته و او را میبوسیدند که حرمله بن کاهل اسدی با تیری او را به شهادت رساند. بر اساس گزارش یعقوبی روز عاشورا هنگامی که یاران امام به شهادت رسیدند، کودکی از فرزندان امام که تازه چشم به دنیا گشوده بود را نزد امام آوردند و امام در گوش او اذان گفتند و در حال برداشتن کام او بودند که ناگهان تیری بر گلوی کودک نشست و سر او را برید. امام تیر را از گلوی کودک کشیدند و او را به خونش آغشته می‌ساختند و می‌گفتند: « به خدا سوگند که تو از ناقه صالح بر خدا گرامی‌تر هستی و محمد هم از صالح بر خدا گرامی‌تر است.» سپس آمدند و او را پهلوی فرزندان و برادرزادگان خود نهادند، سپس بر آنان حمله بردند. امام حسین (علیه السلام)، پس از اصابت تیر به گلوی فرزندشان، دست خود را زیر گلوی او گرفتند و چون پر از خون شد، آن را به سوی آسمان پاشیدند و فرمودند: «آنچه این سختی‌ها را برایم آسان می‌سازد، این است که همه در محضر خداست» از امام باقر (علیه السلام) نقل شده است که از آن خون، قطره‌ای به زمین بازنگشت. همچنین گفته شده است که امام با مشاهده این واقعه گریستند و فرمودند: «پروردگارا! تو خود میان ما و این مردم داوری فرما که ما را دعوت کردند تا یاری‌مان کنند؛ اما ما را کشتند». به گزارش سبط بن جوزی، در این هنگام ندایی از آسمان شنیده شده که « او را واگذار - ای حسین - که شیردهنده‌ای (دایه) او را در بهشت شیر می‌دهند».برخی نیز نوشته‌اند که امام پس از شهادت فرزندشان، او را با خون گلویش آغشته کردند و فرمودند: «به خدا قسم تو از ناقه صالح نزد خدا گرامی‌تری و پیامبر (صلی الله علیه وآۀه وسلم)، نزد خدا از صالح (علیه السلام) گرامی‌تر است؛ خدایا اگر امروز فتح و نصرت خویش را از ما بازداشته‌ای، آن را در چیزی که برای ما بهتر است قرار ده».