1740 von König Friedrich II. nach Preußen zurückgerufen, wurde er zum Leutnant eines neu gegründeten Regiments in Potsdam ernannt, wo er J. W. L. Gleim kennenlernte, der ihn für Poesie interessierte. Nachdem er sich in der Schlacht bei Mollwitz (10. April 1741) und der Belagerung der Neiße (1741) hervorgetan hatte, wurde er 1749 zum Hauptmann und 1756 zum Major befördert.
Während des Siebenjährigen Krieges im Winter 1757-1758 in Leipzig einquartiert, fand er in der Gesellschaft von Gotthold Ephraim Lessing Erleichterung von seinen lästigen militärischen Pflichten. Sein Regiment, die Schenckendorff-Grenadiere, nahm an Sommerkampagnen teil. Kurz darauf in der Schlacht bei Kunersdorf, am 12.August 1759, wurde er an vorderster Front des Angriffs tödlich verwundet. Thomas Carlyle bietet eine Beschreibung seines Todes, möglicherweise apokryph: Kleist war an Fincks Abteilung an der preußischen Rechten angeschlossen. Er war mehrmals von Querschlägern und möglicherweise Musketenbällen getroffen worden, vielleicht sogar 12 Mal. Er führte seine Truppen weiter vorwärts und nahm eine dritte Batterie, als er an beiden Armen schwer verletzt wurde. Sein „Oberst“ (Major Mark K. A. von Schwartz) fiel; er führte sein Regiment vorwärts zur vierten Batterie, als ein Fallschuss sein Bein in Stücke zerschmetterte; Einmal fiel er, Kapitän Sylvius von Swolinsky übernahm das Kommando über das Bataillon. Er fiel von seinem Pferd und wurde nach hinten getragen. Zu gegebener Zeit wurde ein Chirurg zu ihm gebracht, aber durch Fallschuss getötet. Einer seiner Freunde versuchte, eine Kutsche zu ihm zu schicken, um ihn aus der Gefahrenzone zu bringen, aber es dauerte so lange, dass er vom russischen Vormarsch abgeschnitten wurde. Am Abend zogen ihn die Kosaken nackt aus und warfen ihn in den nächsten Sumpf. Später in dieser Nacht fanden einige russische Husaren Kleist in dieser Situation, brachten ihn an einen trockenen Ort, zündeten eine Wache an und gaben ihm Brot. Als sie gegangen waren, kehrten die Kosaken zurück und nahmen die Decke, die die Russen ihm gegeben hatten. Schließlich kam eine russische Kavallerietruppe vorbei; einer ihrer Kapitäne ließ ihn in einer Kutsche nach Frankfurt schicken. Unter der Obhut eines Professors dort wurde er operiert und gut gepflegt, obwohl in der zehnten Nacht der Knochen auseinanderfiel, eine Arterie durchtrennte und am 24. um 2 Uhr morgens starb. Er erhielt ein Soldatenbegräbnis, seinen Sarg getragen von 12 russische Grenadiere, und von einigen Offizieren besucht; Ein Stabsoffizier legte sein eigenes Schwert auf das Bier.
