В начале ноября 1943 года 163-я стрелковая дивизия была переброшена на Лютежский плацдарм. Иван Самсонович принимал участие в Киевской наступательной и Киевской оборонительной операциях (с конца ноября 1943 года в составе 40-й армии 1-го Украинского фронта). В конце декабря 1943 года в боях под Фастовом И. С. Гаврилов был тяжело ранен. Ивана Самсоновича эвакуировали в госпиталь в селе Ставище, но спасти его не удалось. 2 января 1944 года он умер от полученных ран. Похоронен И. С. Гаврилов в селе Ставище Киевской области Украины.