W kampanii wrześniowej 1939 dowodził Grupą Operacyjną „Jasło” (przemianowaną na Grupę Operacyjną „Południową”) w Armii „Karpaty”. Koło Przemyśla podjął próbę przebicia się w kierunku Lwowa. Po agresji ZSRR na Polskę dostał się do niewoli sowieckiej i przewieziono go do obozu jenieckiego w Starobielsku. Wiosną 1940 został zamordowany przez funkcjonariuszy NKWD w Charkowie. Ofiary tej zbrodni grzebano potajemnie w bezimiennych mogiłach zbiorowych w Piatichatkach, gdzie od 17 czerwca 2000 mieści się oficjalnie Cmentarz Ofiar Totalitaryzmu w Charkowie. Figuruje na Liście Starobielskiej NKWD pod poz. 1876.

Kazimierz Łukoski był żonaty z Ireną Jung, z którą miał dwóch synów: Andrzeja (dowódca 1 kompanii „Maciek” batalionu „Zośka” Armii Krajowej), który poległ 18 sierpnia 1944 podczas powstania warszawskiego i Jerzego.

Postanowieniem nr 112-48-07 Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego z 5 października 2007 został pośmiertnie mianowany na stopień generała dywizji.. Awans został ogłoszony 9 listopada 2007 w Warszawie, w trakcie uroczystości „Katyń Pamiętamy – Uczcijmy Pamięć Bohaterów”.