朝鲜高宗八年（1871年）四月，美国侵略朝鲜，史称“辛未洋扰”，鱼在渊被任命为镇抚中军，前往前线抗击美军。四月二十四日（6月11日），他在广城镇与登陆的美国海军陆战队交战。美国人用的是后膛装弹的卡宾枪和榴弹炮，而朝鲜军的大炮只能固定朝一个方向射击，没有多大用处。再加上美军军舰炮轰城堡，海陆两面夹击，鱼在渊所部京军根本无法抵挡。美军很快攻入广城镇，鱼在渊率军与之进行白刃战，由于武器装备处于劣势，朝军很快被打得大败，几乎全军覆没，鱼在渊与其弟鱼在淳亦战死。

鱼在渊死后，尸首在次日被当地军民从泥土中挖出来。朝廷感念其忠义，追赠兵曹判书兼知三军府事，谥号“忠壮”。当时朝鲜的执政者兴宣大院君特别重视鱼在渊的牺牲，他在朝中恐吓道：“谁不去迎鱼兵使的灵柩，谁就是天主教徒！”所以文武百官吓得赶忙跑到城外迎接鱼在渊灵柩，史载“倾朝出迎，车马延数十里”。百姓则设立双忠祠以祭奠鱼在渊与在淳兄弟。鱼在渊的“帅”字旗被美军所夺，安置在美国海军学院，2007年10月22日被租回韩国。