Po wybuchu II wojny światowej 1939 podczas kampanii wrześniowej służył wykonując loty zwiadowcze na samolocie RWD-14 Czapla (ostatni 16 września). Po agresji ZSRR na Polskę z 17 września 1939 został aresztowany przez sowietów w nocy z 17 na 18 września. 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 otwartego 28 lipca 2000 Polskiego Cmentarza Wojennego w Katyniu, gdzie w 1943 jego ciało zidentyfikowano podczas ekshumacji prowadzonych przez Niemców pod numerem 1958. Przy zwłokach Zbigniewa Babińskiego zostały odnalezione: karta szczepień, rozkaz wyjazdów, zaświadczenie. Figuruje na liście wywózkowej z 1 kwietnia 1940.