Ngày 30 tháng 4 năm 1975, sau khi nghe nhật lệnh của Tổng thống Dương Văn Minh kêu gọi chiến sĩ Quân Lực Việt Nam Cộng hòa các cấp buông súng, ai ở đâu thì ở đó và chờ quân Mặt trận Dân tộc Giải phóng miền Nam Việt Nam đến bàn giao. Ông ra lệnh cho binh sĩ treo cờ trắng trước cổng căn cứ và cho thuộc cấp giải tán. Sau đó ông dùng khẩu Beretta 6.35 bắn vào đầu tự sát tại Bộ Tư lệnh ở Lai Khê. Khi Quân Giải phóng vào tiếp quản căn cứ Lai Khê thấy bên xác tướng Vĩ còn một tờ giấy viết tay của ông ta ghi “nhiều tiền, nhiều của, nhục nhã quá…”. Hưởng dương 42 tuổi.

Thi thể ông được an táng trong rừng cao su gần doanh trại Bộ Tư lệnh. Ngày 2 tháng 5 năm 1975 được thân nhân bốc lên đem về cải táng ở Hạnh Thông Tây, Gò Vấp.

Năm 1987, do Nghĩa trang Hạnh Thông Tây có lệnh giải tỏa, hài cốt ông được thân mẫu (đã ngoài 80 tuổi) cùng với người em là Lê Nguyên Quốc từ miền Bắc vào hợp cùng người anh con bác là Trung tá Lê Nguyên Hoàng (mới đi tù về) đến Nghĩa trang Hạnh Thông Tây bốc mộ và hỏa thiêu, đem về thờ ở từ đường họ Lê Nguyên tại nguyên quán số nhà 151 đường Lê Lợi, Thị xã Sơn Tây, tỉnh Hà Tây (nay là Hà Nội). Sau đó, tái cải táng xây lăng mộ tại Nghĩa trang của gia tộc ở Sơn Tây.