Po wybuchu II wojny światowej 1939, kampanii wrześniowej i agresji ZSRR na Polskę z 17 września 1939 został aresztowany przez Sowietów. Był przetrzymywany w obozie w Kozielsku. Wiosną 1940 został przetransportowany do Katynia i rozstrzelany przez funkcjonariuszy Obwodowego Zarządu NKWD w Smoleńsku oraz pracowników NKWD przybyłych z Moskwy na mocy decyzji Biura Politycznego KC WKP(b) z 5 marca 1940. Został pochowany na terenie obecnego Polskiego Cmentarza Wojennego w Katyniu, gdzie w 1943 jego ciało zidentyfikowano podczas ekshumacji prowadzonych przez Niemców pod numerem 1865. Przy zwłokach Zygmunta Łotockiego zostały odnalezione: pocztówka, kilka dyplomów filozofii.
Jego żoną była Maria Pańków-Łotocka, z którą miał syna.
Upamiętnienie Jego symboliczny grób ustanowiono na cmentarzu Powązkowskim w Warszawie (kwatera 26-1-24).
5 października 2007 roku Minister Obrony Narodowej Aleksander Szczygło awansował go pośmiertnie na stopień porucznikaDecyzja Nr 439/MON Ministra Obrony Narodowej z dnia 5 października 2007 roku w sprawie mianowania oficerów Wojska Polskiego zamordowanych w Katyniu, Charkowie i Twerze na kolejne stopnie oficerskie. Decyzja nie została ogłoszona w Dzienniku Urzędowym MON..