شهادت سرانجام این سردار سرافراز اسلام در حالی که تنها ۲۵ سال داشت در ۲۷ آبان ۱۳۶۳ خورشیدی به همراه برادرش مجید زین الدین در مأموریتی که از کرمانشاه به طرف سردشت آذربایجان غربی درحرکت بود در منطقه تپه ساروین با گروهک های ضد انقلاب درگیر و به فیض شهادت نائل آمد. آیت الله خامنه ای که در زمان شهادت شهید زین الدین، ریاست جمهوری اسلامی ایران و ریاست شورای عالی دفاع را برعهده داشتند در پیامی از مقام شهید مهدی زین الدین تجلیل کردند در این پیام آمده است: شهادت سردار شجاع اسلام مهدی زین‌الدین و برادر فداکارش مجید را به یکایک افراد و فرماندهان لشگر ۱۷ قم و به همه فرماندهان سپاه پاسداران تبریک و تسلیت می گویم. بی شک این خون‌های پاک، همگان را در پیگیری هدف‌های بزرگ اسلامی مصمم تر و بازوی پرتوان رزمندگان را نیرومندتر می سازد. سردار شهید این لشگر، شهید مهدی زین الدین که به حق می توان گفت از ستارگان درخشان بود، با فقدان خود ما را داغدار کرد.