司机熊国华见事不妙，立即驾车将李送到了十公里外的金汤街市民医院。经查，子弹从背后射入，洞穿车体及椅背，飞入肩胛，击中了肺部。因流血过多，抢救无效，当晚7时许，李少石不幸牺牲，时年39岁。
李少石遇难之时，毛泽东、周恩来等中共领导人正在出席国民党张治中将军为欢送毛主席而举办的盛大晚宴。八路军办事处的同志将李少石牺牲的消息告知后，毛、周二人都震怒异常，一致认为是国民党搞的暗杀。毛主席还当场题词:少石辞世，永志纪念。因为李少石和周恩来长得相像，加上乘坐的又是周的专车，当时很多人都猜测是国民党特务错把李少石当周恩来给暗杀了。周恩来当即找到重庆负责治安的国民党宪兵司令张镇，向他提出严正抗议和质询。
