Ngày 6 tháng 5 năm 1968, khi đang trực tiếp chỉ huy đơn vị phòng thủ Yếu khu Tân Sơn Nhứt trong trận Mậu thân đợt 2 tại Ngã tư Bảy Hiền. Vào lúc 9 giờ 30 sáng, ông bị trúng một quả RPG B.40 và tử trận ngay tại trận địa. Hưởng dương 35 tuổi.[5]

Ngày 8 tháng 5, ông được truy thăng cấp bậc Chuẩn tướng và truy tặng đệ tứ đẳng Bảo quốc Huân chương kèm theo Anh dũng Bội tinh với nhành dương liễu. Tang lễ của ông được tổ chức theo lễ nghi quân cách của một tướng lĩnh.

Ngay sau khi Đại tá Lưu Kim Cương tử trận, Trung tá Phùng Văn Chiêu[6] đang là Tư lệnh phó Không đoàn 33 được cử thay thế chức vụ Tư lệnh kiêm Chỉ huy trưởng Yếu khu Tân Sơn Nhất.(Nhạc sĩ Trịnh Công Sơn đã sáng tác nhạc phẩm "Hát cho người nằm xuống" để tưởng niệm một người bạn thân. Người bạn đó là cố Chuẩn tướng Lưu Kim Cương)