Во время Нижне-Силезской наступательной операции в бою 23 февраля 1945 года Фёдор Нестеренко получил тяжёлое ранение, от которого умер в госпитале 1 марта того же года. Похоронен на воинском кладбище в польском городе Жары (по другим данным — в городе Жагань).