С августа 1999 года в составе подразделений 247 десантно-штурмового полка 7-й гвардейской воздушно-десантной дивизии принимал участие в отражении вторжения чеченских и международных террористов в Дагестан. С 19 августа во главе группы разведчиков вёл разведку скоплений и укреплений боевиков в Ботлихском районе Дагестана. При возвращении к своим 22 августа группа была обнаружена и блокирована боевиками в районе высоты «Ослиное ухо». Хоменко отправил бойцов с полученными разведданными и картой вражеских укреплений к своим, сам вместе с сержантом Юрием Чумаком остался прикрывать их отход. Офицер и сержант несколько часов вели неравный бой с боевиками, обеспечив спасение рядовых бойцов. Когда боевики не смогли захватить десантников, они подвергли их массированному обстрелу из миномётов. Игорь Хоменко вместе с Юрием Чумаком погибли в этом бою.