선조 24년(1591)에서 집의(執義)로서 통정대부(通政大夫)에 올라 동래부사가 되었으니 임진란의 전년이었다. 부임한 이래 성의와 신의로서 백성을 다스리고 성의 수축, 군비를 정비하여 전란에 대비하였다.

선조 25년(1592) 음력 4월 13일에 왜적이 내침하여 4월14일 부산진성을 함락시킨 여세를 몰아 동래성을 포위하였다. 적은 취병장(구 농주산, 현 동래경찰서 자리)에 진출하여 남문밖에 목비를 세웠다. 그 목패에는 “싸우고 싶거든 싸우고 그렇지 않다면 우리에게 길을 빌려 달라「戰則戰矣 不戰則假我道」”라고 쓰여 있었다. 이에 응하여 송부사는 또한 목패에다가 “싸워서 죽기는 쉬우나 길을 빌려주기는 어렵다.「戰死易假道難」”이라는 결사의 글을 써서 적중에 던졌다.

그리하여 적은 3대로 나누어 14일 해가 저물기 전에 동래성을 세 겹으로 포위하고, 15일 아침 대공세를 전개하였다. 송부사는 성중을 돌며 독전하였으나 대세가 불리해지자 조복을 갑옷위에 입고 북향사배(北向四拜)하고 붓을 잡아 부모님께 “외로운 성에는 달이 흐려지고 다른 진중에서는 기척이 없습니다. 군신의 의가 무거우니 부자의 은정 그 어찌 가벼우리까「孤城月暈 列陳高枕 君臣義重 父子恩輕」”이라는 비장한 결의의 글을 남기고 의연히 죽음을 맞았다.

이 때 송부사를 보위하던 군관 김희수, 향리 송백, 종행인(하인) 신여노, 김섬(金蟾), 양산군수 조영규, 교수 노개방, 교생 문덕겸, 부민 김상, 이촌녀 등이 격투 끝에 장렬히 전사하였으니, 이들 또한 충렬사에 배향되어 있다. 이들 중 하인 신여노는 어머니가 있기에 송부사가 독촉해서 집에 돌아가도록 하였는데 집으로 가던 중 부산이 포위되었다는 말을 듣고 “내가 공의 후은(厚恩)을 입고 난을 당하여 감히 즉음을 아낄 것인가”하고 되돌아와 함께 죽었다.

또 김섬은 송부사의 첩으로 함흥출신 기생이었는데 부사와 함께 죽으려고 담을 넘다 적에게 잡히자 3일 동안이나 적을 꾸짖고 욕하다 죽임을 당하였다. 부민 김상은 기와집에 올라가 적을 치니 마을의 두 여인이 같이 기와집에 올라가서 기와를 걷어 깨어주고 김상이 기와로 적 3인을 죽이고 모두 함께 죽었다.

송상현은 순절한 후 선조 27년(1594) 조정으로부터 이조판서로 추증(追贈)되었으며, 효종 8년(1657)에 충렬공의 시호를 받고 숙종 7년(1681)에는 좌찬성(左贊成)에 진증(進贈)되었다.