این شهید بزرگوار و عاشق وارسته و آگاه، پس از ماه‌ها مجاهدت و مبارزه با دشمنان اسلام و حماسه آفرینی در عملیات‌های متعدد و به ویژه بیت‌المقدس، سرانجام در دهم اردیبهشت سال 1361، در 22 سالگی هنگام هدایت نیروهای تحت امر خود، بر اثر اصابت گلوله و ترکش به شهادت رسید.
متن زیر روایتی است از آخرین لحظات زندگی زمینی شهید محسن وزوایی:
ـ مسعودی جان دقیق توجه کن... شما باید نیروهایت بلافاصله بروند در سمت چپ جاده مستقر بشوند، حتی یک نیرو هم نباید سمت راست جاده باشد. خودت که می‌دانی سمت راست هیچ حافظ و مانعی برای نیروها وجود ندارد. شنیدی چی گفتم؟
مقارن ساعت ده صبح در پی پیشروی دلهره‌آفرین حدود یکصد و دوازده دستگاه تانک لشکر 3 زرهی دشمن از سمت جنوب ایستگاه گرمدشت به سوی مواضع گردان‌های مقداد و میثم، محسن وزوایی شخصاً هدایت عملیاتی این دو گردان را بر روی جاده اهواز ـ خرمشهر به عهده گرفت.
محسن تمام گردان‌های تحت امر محور عملیاتی محرم را از طریق بی‌سیم فرماندهی محور، مخاطب قرارداد و با لحنی مصمم و جدی گفت «به کلیه واحدها، به کلیه واحدها! همه سریع به جلو پیشروی کنید... الله‌اکبر!».
با شدت گرفتن آتش دشمن، زمین غرب کارون به لرزه درآمد و آتش منظم بیش از ده‌ها عراده توپ، صدها تانک مدرن و سایر سلاح‌های منحنی‌زن دشمن روی منطقه درگیری به صورت متراکم اجرا می‌شد. هلی کوپتر‌های توپدار ساخت روسیه و فرانسوی یگان هوانیروز سپاه سوم دشمن هم از آسمان خود را بر فراز مواضع رزمندگان سبک اسلحه ایرانی رسانده و به شدت آنان را زیر آتش گرفته بودند. در این لحظه نیروهای گردان میثم تمار به فرماندهی «عباس شعف» همرزم دیرینه محسن خود را به نزدیکی محل استقرار او رسانده بودند.
محسن تمام قد ایستاده بر روی جاده بر سر نیروهایی که بدون کمترین سنگر و جان‌پناهی هنوز در غرب جاده می‌جنگیدند فریاد می‌زد، طوری که دیگر صدایش هم گرفته بود. او برآشفته می‌گفت «برادرها بیایید پشت جاده لااقل از روبه‌رو کمتر اذیت می‌شید» عباس شعف خود را به محسن رسانده، او را در آغوش کشید. آن دو لحظاتی در آن جهنم آتش و دود در آغوش هم آرام گرفتند. هنوز چند قدمی از هم جدا نشده بودند که ناگهان انفجار مهیبی در نزدیکی محسن رخ داد و بعد...
هنگامی که عباس بالای سرمحسن رسید، او را دید که به همراه معاون دومش حسین تقوی‌منش و بی‌سیم‌چی‌شان به خاک شهادت غلطیده‌اند؛ سپس با ملایمت چفیه سیاه‌رنگ دور گردن محسن را باز کرد و با همان، صورت خاک‌آلود دوست و برادر شهیدش را پوشاند، گوشی بی‌سیم را به دست گرفت.
ـ احمد، احمد، شعف
متوسلیان: شعف، احمد بگوشم
ـ حاج آقا، خوب گوش کن؛ آتیش سنگین؛ محرم بی‌علمدار شد؛ آقا محسن... آقا محسن...
شعف دیگر نای صحبت کردن نداشت و احمد متوسلیان آنچه را که می‌بایست بشنود، شنیده بود.