建中元年，宰相杨炎欲行元载旧志，筑原州城，开陵阳渠，诏中使上闻，仍问秀实可否之状。秀实以为方春不可兴土功，请俟农隙。炎以其沮己之谋，遂除司农卿，以邠宁节度李怀光兼泾原节度使，以事西拓。无何，刘文喜叛，亦不果城。
四年，朱泚盗据宫阙，源休教泚伪迎銮驾，阴济逆志。泚乃遣其将韩旻领马步三千疾趋奉天。时苍黄之中，未有武备。泚以秀实尝为泾原节度，颇得士心，后罢兵权，以为蓄愤且久，必肯同恶，乃召与谋议。秀实初诈从之，阴说大将刘海宾、何明礼、姚令言判官岐灵岳同谋杀泚，以兵迎乘舆。三人者，皆秀实夙所奖遇，遂皆许诺。及韩旻追驾，秀实以为宗社之危，期于顷刻，乃使人走谕灵岳，窃令言印。不遂，乃倒用司农印印符以追兵。旻至骆驿得符，军人亦莫辩其印文，惶遽而回。秀实谓海宾等曰："旻之来，吾党无遗类矣！我当直搏杀泚，不得则死，终不能向此贼称臣。"乃与海宾约，事急为继，而令明礼应于外。明日，泚召秀实议事，源休、姚令言、李忠臣、李子平皆在坐。秀实戎服，与泚并膝，语至僣位，秀实勃然而起，执休腕夺其象笏，奋跃而前，唾泚面大骂曰："狂贼，吾恨不斩汝万段，我岂逐汝反耶！"遂击之。泚举臂自捍，才中其颡，流血匍匐而走。凶徒愕然，初不敢动；而海宾等不至，秀实乃曰："我不同汝反，何不杀我！"凶党群至，遂遇害焉。海宾、明礼、灵岳相次被杀。德宗在奉天闻其事，惜其委用不至，垂涕久之。
初，秀实见禁兵寡少，不足以备非常，乃上疏曰："臣闻天子曰万乘，诸侯日千乘，大夫曰百乘，此盖以大制小，以十制一也。尊君卑臣，强干弱枝之义，在于此矣。今外有不庭之虏，内有梗命之臣，窃观禁兵不精，其数全少，卒有患难，将何待之！且猛虎所以百兽畏者，为爪牙也。若去其爪牙，则犬彘马牛悉能为敌。伏愿少留圣虑，冀裨万一。"及泾原兵作乱，召神策六军，遂无一人至者。秀实守节不二，竟殁于贼，其明略义烈如此。
兴元元年二月，诏曰："见危致命之谓忠，临义有勇之谓烈。惟尔励臣节，不惮杀身；惟予式嘉乃勋，懋昭大典。曰台不德，罔克若天，遘兹殷忧，变起都邑。惟尔卿士，嗷然靡依，逼畏所加，淄渑共混。故开府仪同三司、检校礼部尚书、兼司农卿、上柱国、张掖郡王段秀实，操行岳立，忠厚精至，义形于色，勇必有仁。顷者尝镇泾原，克著威惠，叛卒知训，咨尔以诚。贼泚藏奸，欺尔以诈。守人臣之大节，见元恶之深情，端委国门，挺身白刃。誓碎凶渠之首，以敌君父之仇，视死如归，履虎致咥。噫，天未悔祸，事乖垂成，雄风壮图，振骇群盗。昔王蠋守死以全节，周顗正色而抗词，惟我信臣，无愧前哲。声震寰宇，义冠古今，足以激励人伦，光昭史册。不有殊等之赏，孰表非常之功。爰议畴庸，特超检限，著之甲令，树此风声。可赠太尉，谥曰忠烈，宣付史官，仍赐实封五百户、庄宅各一区。长子与三品正员官，诸子并与五品正员官。仍废朝三日，收京城之后，以礼葬祭，旌表门闾。朕承天子人，临驭亿兆，一夫不获，时予之辜，况诚信不达，屡致寇戎，使抱义之臣陷于凶逆。有临危致命，殁而逾彰；有因事成功，权以合道。苟利社稷，存亡一致，酬报之典，岂限常伦。并委所司访其事迹，续具条奏，当加褒异，锡其井赋。图形云阁，书功鼎彝，以彰我有服节死义之臣，传于不朽。"德宗还京，又诏曰："赠太尉秀实，授乎贞烈，激其颓风，苍黄之中，密蕴雄断。将纾国难，诡收寇兵，挠其凶谋，果集吾事。挺身径进，奋击渠魁，英名凛然，振迈千古。宜差官致祭，并旌表门闾，缘葬所须，一切官给。仍于墓所官为立碑，以扬徽烈。"自贞元后累朝凡赦书节文褒奖忠烈，必以秀实为首。
其子伯伦，累官至太子詹事。大和二年正月奏："亡父赠太尉秀实，准前后制敕令所司置庙立碑，今营造已毕，取今月二十五日行升祔礼。"诏曰："秀实忠卫宗社，功配庙食，义风所激，千载凛然。间代勋力，须异等夷，宜赐绫绢五百疋，以度支物充。仍令所司供少牢，并给卤簿人夫，兼太常博士一人检校。"寻加伯伦检校左散骑常侍，兼殿中监。大和四年十一月，迁右金吾卫大将军、兼御史大夫，充街使。八年七月，检校工部尚书，充福建等州都团练观察使，入为太仆卿，卒。宰臣李石奏曰："伯伦，秀实之子。自古殁身以卫社稷者，无如秀实之贤。"文宗悯然曰："伯伦宜加赙赠。"仍辍朝一日，以礼忠臣之嗣。