وقتی امام حسین(ع) پس از امتناع از بیعت با یزید، از مدینه به قصد مکّه خارج شد، زینب نیز با دو تن از فرزندانش به نام‌های محمّد و عون، همراه برادر گشت. در طول نهضت عاشورا، نقش فداکاری‌های عظیم زینب، بسیار بود.

او در واقعه‌ی عاشورا مصیبت از دست دادن عزیزترین کسانش یعنی برادران، فرزندان و فرزندان برادر را متحمل شد امّا همه‌ی این مصیبت‌ها را تحمل نمود و در پاسخ سوال طعن‌آمیز ابن زیاد که پرسید: کار خدا را با برادر و اهل بیت خود چگونه یافتی؟ حضرت زینب(س)فرمود: و ما رأیتُ الاّ جمیلاً…؛ من جز خیر و زیبایی چیزی ندیدم… (غم نامه کربلا، ترجمه محمد محمدی اشتهاردی، ص ۱۸۱)

روایت است که او با دست خود لباس جنگ بر تن دو فرزندش پوشانید و هر دو را در رکاب امام حسین(ع) به محل شهادت فرستاد. همچنین پس از شهادت فرزندان به سوگ آنان ننشست؛ چرا که این دو قربانی را برای آن مرد بزرگ بسیار کوچک می‌دید و نگران آن بود که با اشک او در دل مولایش امام حسین(ع) شرم یا اندوهی راه یابد.

حضرت زینب(س) از امام زین العابدین(ع) مراقبت کرد و به دلیل مریضی ایشان، ریاست قافله‌ی اسرا را برعهده داشت و در کاخ یزید هم با خطبه ‌ی از خود و برادر مقتولش حسین بن علی دفاع کرد.