Khi quay trở về, do trời mưa, đường trơn trượt, nên Thắng bị trượt ngã xuống suối. Thấy vậy, Duy đã lao mình xuống cứu đồng đội. Khi cứu được Thắng vào bờ, do nước chảy xiết, Duy đuối sức bị nước lũ cuốn trôi.
Sau khi Duy gặp nạn, đơn vị đã huy động gần 600 cán bộ, chiến sĩ phối hợp với các đội tìm kiếm, cứu hộ, cứu nạn của thị xã Đông Triều (Quảng Ninh) và huyện Lục Ngạn (Bắc Giang) tập trung tìm kiếm. Sau nhiều nỗ lực tìm kiếm, đồng đội đã phát hiện được thi thể của Binh nhất Đoàn Tiến Duy vào sáng 17-10-2020.
Sau khi thực hiện các thủ tục pháp y, sáng 18-10-2020, thi thể Binh nhất Đoàn Tiến Duy đã được đưa về quê nhà tại xã Tam Đa, huyện Vĩnh Bảo, TP Hải Phòng để tổ chức tang lễ. Lãnh đạo Quân khu 3; UBND TP Hải Phòng, cùng các đoàn thể địa phương tổ chức thăm viếng, xót thương, chia buồn cùng gia đình. Hành động dũng cảm xả thân để cứu đồng đội của Binh nhất Đoàn Tiến Duy vô cùng cao đẹp, tô thắm thêm phẩm chất Bộ đội Cụ Hồ. Trước tinh thần không quản hiểm nguy, quên mình vì đồng đội, Đảng ủy, chỉ huy Trung đoàn 43 đã phát động đợt tuyên truyền học tập, nêu gương tinh thần hy sinh dũng cảm của Binh nhất Đoàn Tiến Duy. Bộ tư lệnh Quân khu 3 và Sư đoàn 395 đã quyết định truy phong quân hàm từ binh nhất lên hạ sĩ đối với Đoàn Tiến Duy và đề nghị Trung ương Đoàn Thanh niên Cộng sản Hồ Chí Minh truy tặng Danh hiệu "Tuổi trẻ dũng cảm''.
DUY ĐÔNG