Pod koniec 1918 leczył się na nerki w szpitalu w Trieście.
Do Polski powrócił w lutym 1919 i wstąpił do Wojska Polskiego, w którym zatwierdzony został w randze porucznika. W szeregach 5 pułku piechoty Legionów wziął udział w wojnie polsko-bolszewickiej, na stanowisku dowódcy 10 kompanii w III batalionie. Walczył na Wileńszczyźnie (w lipcu 1919 odznaczył się w starciach w okolicach Wilejki oraz Kurzeńca), a zimą 1919/1920 uczestniczył w zmaganiach o Inflanty (wyróżnił się w styczniu 1920 w walkach w pobliżu wsi Mozule). W ocenach służbowych uznawano Kotarbę za bardzo dobrego oficera, inteligentnego, ideowego, energicznego, pracowitego, z dużą inicjatywą, obowiązkowego i sumiennego, koleżeńskiego, o nieposzlakowanym charakterze, wesołym usposobieniu i bardzo dobrym wpływie na podwładnych, jak również obdarzonego zdolnościami administracyjnymiGałęzowski M., Feliks Kotarba [w:] Gałęzowski M., „Pilnujcie honoru sztandaru pułkowego”. Oficerowie Legionów Polskich polegli w wojnie polsko-bolszewickiej, Warszawa 2024, s. 61.. Dowodząc II batalionem 5 pułku piechoty Leg. poległ 17 sierpnia 1920 na ulicach Białej Podlaskiej, trafiony kulą karabinową w głowę, kiedy to konno wraz z innymi oficerami pułku próbował przeszkodzić odwrotowi wroga.