وي در روز عاشورا از هواداران و نيروهاي تحت امر عمر بن سعد بود. هنگامي که عون بن علي بن ابي طالب عليهم السلام پا به عرصه ي ميدان نهاد، خالد بن طلحه در کمين عون نشست و در فرصتي مناسب عون را به شهادت رسانيد.