山後率部入關，張學良曾贈送他一塊鑲有自己照片的懷錶，並將其所部改編為一個旅，項任旅長。
可惜這樣一員猛將，後來的結局卻是窩囊得不能再窩囊。入關後不久，在一次部隊乘火車調動時，項旅的列車出發以後，項違反鐵路安全規定，站在車門口的踏板上，一手抓著車廂側面的扶手，身體傾出車外向後眺望（目的不明）。不料路邊突然出現一塊標牌，列車高速行駛中項與這塊標牌相撞當即身亡。
從他的這個死法，可以推斷項活著時候肯定是個桀驁不馴的人物。
但是，東北軍並沒有利用這個機會加強前線防禦，而是坐等敵軍來攻。這期間唯一積極向日軍反攻的東北軍將領，是處境極為艱難的馬占山。為了掩護南線，馬占山26日以苑崇谷、吳松林、程志遠三個多為新兵的騎兵旅突襲齊克鐵路，並電請張學良下令反攻。同一天，南京國民黨執監委召開緊急大會討論錦州問題，廣東一派力主東北軍統統出關反攻，蔣、張親自帶兵去東北，華北交給閻錫山管理；南京一派認為這是借刀殺人，有人乘機收漁翁之利堅決反對。雙方吵成一團，最終除了電令張學良堅決抵抗外沒有其他結果。
28日，整頓完畢的日軍第二師團再次出擊，正午12時進至盤山與田莊臺之間的大窪，再次與東北軍劉漢山指揮的鐵甲列車相遇，雙方發生戰鬥。但是，這次日軍不再糾纏，一面開炮阻擊，一面立即招飛機來參戰。
實際上，24日的戰鬥後，日軍已經發現，對付裝甲列車最好的武器，就是飛機。這是因為裝甲列車缺乏防空武器，而且只能沿鐵路行進，加速減速也比較困難。因此，對於飛機來說屬於準固定目標，命中率很高。同時，由於依賴鐵路，即便沒有擊中鐵甲列車，只要炸中其前後的鐵軌，鐵甲列車就失去了機動能力，只能任人宰割。
日軍此前數日已經不斷派飛機出擊，尋找東北軍鐵甲列車進行攻擊。26日，日機識別錯誤，在大窪以東誤擊602次旅客列車，炸燬票車一節。
28日午後4時，日機6架對劉漢山鐵甲列車發動猛攻，這下子終於打中了裝甲列車的軟肋。
在《遼寧文史資料》九一八專輯中，對此戰的紀錄是：
4時，日飛機6架向鐵甲車投彈，鐵甲車炮塔被擊歪旋轉柄頸，並炸翻材料平車兩輛，前後鐵軌都被炸燬”隨後，日軍派出騎兵，從兩側包抄東北軍裝甲列車，防止中國軍隊搶修鐵路，試圖將其繳獲。經車上官兵和六五五團援軍奮力抵抗，才將日軍逐退。這一列重傷的裝甲列車已經失去作戰能力，但在中國官兵瘋狂的搶修努力下，終於在29日得以擺脫日軍封鎖，沿修復的鐵道拖回盤山車站。
張學良31日至南京政府電報，曾描述這次戰鬥——“28日下午6時30分，我鐵甲車在田家墳南修復被毀鐵路，敵見我軍不能移動，即以8門大炮由我左側集中射擊，並有大批騎兵突進包圍。我鐵甲車槍炮發射過多，機件已失效力。敵接近時，我官兵及掩護隊奮勇肉搏，酣戰多時，約10時左右我援軍趕到，一面禦敵一面掩護工作。29日早3時，將甲車掛回盤山車站
被遺忘的東北軍鐵甲列車部隊（10）
日軍當日上午又飛來盤山車站轟炸，負傷的東北軍裝甲列車匆忙向溝幫子方向退卻，退守胡家窩棚（這個地方，看過電影《大決戰——遼瀋戰役》的朋友可能有印象，1948年10月26日，廖耀湘兵團在這兒紮下指揮部，結果被摸上來的三縱一營解放軍打了個掏心戰，通訊系統大亂，就此走向覆亡）。
與此同時，在大虎山一線，敵第八旅團也發動進攻。這裡，中方作戰紀錄不全，一方面稱裝甲列車部隊進行了抵抗，一方面又稱參戰的僅為“裝甲車掩護隊”，破壞鐵道後也向溝幫子後撤，這樣他們也可能是劉漢山裝甲列車留在此處的警衛部隊。此時大虎山前線東北軍有無裝甲列車，找不到明確的記載。日軍也沒有在這裡與中方裝甲列車的交戰紀錄。
2－１４日軍用染色技術“製造”的彩色裝甲列車照片，這是“前衛裝甲列車”上後方開放的輕炮車。
2－１５這是用沙袋加強防禦的重炮車
同日，東北軍主力開始從錦州向關內撤退，榮臻以“兵力過疲，損失過重”為由，下令錦州周圍部隊後撤關內，僅留黃顯生部三個公安大隊作象徵性的防守。24日榮曾到北平面見張學良請示方略，撤退的命令應該是做好的預案。
東北軍撤退中，在大淩河曾因為遭到轟炸機車損壞，損失裝甲列車一列，日本《朝日新聞》也記