به هر روی علی اکبر(ع) در ماجرای عاشورا حضور فعال داشت و در تمام حالات در کنار پدرش امام حسین(ع)بود و با دشمنانش به سختی مبارزه می کرد. شیخ جعفر شوشتری در خصائص نقل می کند: هنگامی که اباعبد الله الحسین علیه السلام در کاروان خود حرکت به سمت کربلا می کرد، حالتی به حضرت(ع) دست داد بنام نومیه و در آن حالت مکاشفه ای برای حضرت(ع) رخ داد، از آن حالت که خارج شد استرجاع کرد: و فرمود: «انا لله و انا الیه راجعون » علی اکبر(ع) در کنار پدر بود، و می دانست امام بیهوده کلامی را به زبان نمی راند، سئوال نمود، پدرجان چرا استرجاع فرمودی؟: حضرت بلادرنگ فرمود: الان دیدم این کاروان می رود به سمت قتلگاه و مرگ درانتظار ماست، علی اکبر(ع) سئوال نمود: پدر جان مگر ما بر حق نیستیم؟ حضرت فرمود: آری ما بر حق هستیم. علی اکبر (ع) عرضه داشت: پس از مرگ باکی نداریم،
گفتنی است، با این که حضرت علی اکبر(ع) به سه طایفه معروف عرب پیوند و خویشاوندی داشته است، با این حال در روز عاشورا و به هنگام نبرد با سپاهیان یزید، هیچ اشاره ای به انتسابش به بنی امیه و ثفیف نکرد، بلکه هاشمی بدون و انتساب به اهل بیت(ع) را افتخار خویش دانست

وی نخستین شهید بنی هاشم در روز عاشورا بود و در زیارت شهدای معروفه نیز آمده است:السَّلامُ علیکَ یا اوّلقتیل مِن نَسل خَیْر سلیل. علی اکبر(ع) درنبرد روز عاشورا دویست تن از سپاه عمر سعد را در دو مرحله به هلاکت رسانید و سرانجاممرّه بن منقذ عبدی بر فرق مبارکش ضربتی زد و او را به شدت زخمی نمود. آن گاه سایر دشمنان، جرأت و جسارت پیدا کرده  و به آن حضرت هجوم آوردند و وی را آماج تیغ شمشیر و نوک نیزه ها نمودند و مظلومانه به شهادتش رسانیدند.
امام حسین(ع) در شهادتش بسیار اندوهناک و متأثر گردید و در فراقش فراوان گریست و هنگامی که سر خونین اش را در بغل گرفت، فرمود:ولدی علی عَلَی الدّنیا بعدک العفا (فرزندم علی ،دیگر بعد از تو اف بر این دنیا
در مورد سنّ شریف وی به هنگام شهادت، اختلاف است. برخی می گویند هجده ساله، برخی می گویند نوزده ساله  و عده ای هم می گویند بیست و پنج ساله بود.اما از این که وی از امام زین العابدین(ع)، فرزند دیگر امام حسین(ع) بزرگتر یا کوچک تر بود، اتفاقی میان مورخان و سیره نگاران نیست. روایتی از امام زین العابدین(ع) نقل شده که دلالت دارد بر این که وی از جهت سن کوچک تر از علی اکبر(ع) بود. آن حضرت فرمود: کان لی اخ یقال له علیّ اکبر منّی قتله الناس ...
مقبره حضرت علی اکبر علیه السلام  در کربلای معلی پایین پای اباعبدالله الحسین علیه السلام است و در سلام زیارت عاشورا منظور از وعلی علی ابن الحسین ، آقا علی اکبر علیهالسلام می باشد.