W kampanii wrześniowej 1939 walczył w szeregach macierzystego 10 pułku ułanów jako oficer informacyjny. Od 5 do 12 września pełnił jednocześnie funkcję dowódcy pocztu. 4 września został ranny w czasie walk pod Kowalewem na terytorium ówczesnych Prus Wschodnich, lecz pozostał w pułku. 12 września w walce pod Bieńkami został ciężko ranny w szyję. 6 października 1939 dowódca pułku podpułkownik Kazimierz Busler przedstawił go do odznaczenia Orderem Wojennym Virtuti Militari V klasy „za zasługi na polu walki”.
Po agresji ZSRR na Polskę, w nieznanych okolicznościach dostał się do niewoli sowieckiej. Od kwietnia 1940 przebywał w obozie jenieckim w Kozielsku. Między 3 a 5 kwietnia 1940 został przekazany do dyspozycji naczelnika Zarządu NKWD Obwodu Smoleńskiego – lista wywózkowa bez numeru z 2 kwietnia 1940, druga, pozycja 69. Między 4 a 7 kwietnia 1940 zamordowany przez funkcjonariuszy NKWD w Katyniu i tam pogrzebany w bezimiennej mogile zbiorowej, gdzie od 28 lipca 2000 mieści się oficjalnie Polski Cmentarz Wojenny w Katyniu. W Lesie Katyńskim prowadzone były ekshumacje i prace archeologiczne, jednak Zbigniew Antoni Chamski nie został zidentyfikowany.