I mai 1758 fulgte Kleist prins Heinrichs korps, som drev riksarmeen tilbake til Hof. Tross flere tilbakeslag kunne han ikke bestemme seg for å søke avskjed. I slaget ved Kunersdorf den 12. august 1759 trengte han i spissen for sin bataljon frem mot et fiendtlig batteri. Han ble skadet i høyre hånd, tok sverdet i venstre og stormet videre, før fiendtlige kuler traff hans høyre ben. Avmektig ble Kleiste hele natten liggende på slagmarken, ble plyndret av kosakkene og først den 13. endelig bragt til Frankfurt an der Oder. Her døde han av sine sår 24. august 1759 og ble ærefullt begravet av den russiske garnisonen.