1937年全面抗战爆发后，时任第九旅十八团团副的赖传湘立即向上级请命，主动要求率部队赴前线，和侵略者“决一死战”。

8月13日，淞沪会战爆发，赖传湘率部随第三师奉调赶往上海战场。11月，赖传湘率部在虹桥机场至七宝镇一线构筑防御工事，杀敌颇多。因作战英勇，赖传湘升任第四十七师第十八团上校团长。

1938年6月，赖传湘率部参加武汉会战，开赴江西九江堵截日军。会战开始后，赖传湘部在江西星子至九江一线的沿湖地区阻击日军。10月，日军第一〇六师团从九江沿南浔铁路南犯，赖传湘率十八团在沙河镇阻击日军，坚守阵地一月有余。不久，赖传湘又奉命率驰援武宁地区，继续担负阻击日军的任务。

1939年，在保卫武宁的金鸡山战役中，赖传湘率领十八团独挡阵地正面，阻击日军的连续进攻3昼夜，多次击退了敌人的进犯，毙伤敌人2000余人。战后，赖传湘因战功卓著记大功一次，荣获“陆海空甲种一等奖章”。武宁之战后，赖传湘部在修水河沿岸与日军对峙，其间，击退了日军的多次进犯。接着，赖传湘率部开赴湖北南部通山与崇阳等处作战。9月，第一次长沙会战爆发，赖传湘率部配合战区主力投入反攻，赖传湘率部参加多次战斗，因战功显著，12月，赖传湘被晋升为少将旅长。1941年5月，赖传湘被晋升为第十军第一九〇师副师长。

1941年9月，为打击中国第九战区主力部队，妄图摧毁中国军民的抗战意志，日军第十一军在湘北岳阳以南地区集结了12万余人的兵力向中国军队展开攻势，发动了第二次长沙会战。中国方面也集中30余万兵力组织防御。时任一九〇师少将副师长的赖传湘闻讯后，率部于衡山急速北上，在长沙以北地区阻击日军南下。

9月上旬，日军发动正面攻击。战斗开始不久，一九〇师师长借手伤离开战场，副师长赖传湘受命任代理师长，担当起指挥全师作战的重任。他沉着指挥，率领全师官兵浴血奋战，英勇杀敌。激战中，他左手受重伤，让卫兵包扎一下后便继续指挥作战。

日军多次进攻失败后，调来数十架飞机向中国军队阵地狂轰滥炸。赖传湘见敌人火力猛烈，便采取近战战术，率部向敌人步兵主动出击，让敌人的火力优势无法有效发挥。

26日，赖传湘率部占领长沙北部石子铺、捞刀河一带的高地，连续和敌人展开白刃战。数百名敌人身着中国军队服装，企图混入中国军队阵地，被赖传湘发现后，指挥部队进行三面堵击奋勇歼敌，经过血战，打退了敌人的进攻，歼灭了大部敌人。不久，敌人再次发起冲锋，枪弹如雨。赖传湘始终站立在最前线，和一九〇师官兵共同浴血奋战，打退了敌人的多次进攻。

官兵在赖传湘身先士卒的精神鼓舞下士气大振，顽强抗击敌人。日军见久攻不下，又故技重施，派敌机飞到阵地上轰炸、扫射，赖传湘再次身负重伤。卫兵发现子弹无法取出，便准备送他到后方抢救。赖传湘见敌情紧迫，坚决留在前沿阵地指挥作战。战斗中，赖传湘又一次被敌人的子弹击中。警卫员强行背起他向后方退去，赖传湘挣扎着对部下说：“不要管我，继续战斗！”说完便壮烈殉国，时仅38岁。

1984年5月，中华人民共和国民政部追认赖传湘为革命烈士。2014年9月，赖传湘被列入民政部公布的第一批300名著名抗日英烈和英雄群体名录。