I 1948 ble han utlevert til Sovjetunionen der han ble dømt til 25 års fengsel for krigsforbrytelsene. Kleist satt i fangeleiren Vladimirovka sammen med blant andre generalfeltmarskalk Friedrich Paulus, artillerigeneral Helmut Weidling, Ferdinand Schörner og sjefen for Hitlers livvakt, SS-Gruppenführer Johann Rattenhuber. Kleist var den høyest rangerte tyske offiseren som døde i sovjetisk fangenskap.