Vào khoản 18h ngày 22/9/2015, nghe tiếng kêu cứu ở nhà bên cạnh, đồng chí chạy sang và thấy có người rơi xuống giếng nước, bất chấp nguy hiểm đến tính mạng cá nhân, đồng chí đã xuống giếng cứu người bị nạn. Tuy nhiên, do lòng giếng chật hẹp, thiếu oxi và bị ngạt nước, mặc dù được bà con nhân dân kéo lên nhưng đồng chí đã không qua khỏi và mất khi chưa tròn 27 tuổi.
Với hành động quên mình, bất chất nguy hiểm của bản thân, đồng chí Đinh Văn Thọ được Ban Thường vụ Trung ương Đoàn Quyết định truy tặng Huy hiệu “Tuổi trẻ dũng cảm”, phần thưởng cao quý của tổ chức Đoàn Thanh niên để tôn vinh những tấm gương dũng cảm quên mình.