W czasie kampanii wrześniowej 1939, po agresji ZSRR na Polskę, w nieznanych okolicznościach dostał się do niewoli sowieckiej. Przebywał w obozie jenieckim w Kozielsku. Między 7 a 9 kwietnia 1940 został przekazany do dyspozycji naczelnika Zarządu NKWD Obwodu Smoleńskiego. Między 9 a 11 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 miejscu tym prowadzone były ekshumacje i prace archeologiczne. W 1943 został zidentyfikowany w mundurze podczas ekshumacji prowadzonej przez Niemców pod numerem 991. Przy zwłokach Juliusza Chmielowskiego zostały odnalezione: leg. Krzyża Virtuti Militari oraz medalik. Figuruje na liście wywózkowej 017/3 z 1940.
11 czerwca 1927 ożenił się z Janiną Elżbietą z Oswałdowskich.5 października 2007 minister obrony narodowej Aleksander Szczygło mianował go pośmiertnie na stopień majoraDecyzja Nr 439/MON Ministra Obrony Narodowej z dnia 5 października 2007 w sprawie mianowania oficerów Wojska Polskiego zamordowanych w Katyniu, Charkowie i Twerze na kolejne stopnie oficerskie. Decyzja nie została ogłoszona w Dzienniku Urzędowym MON..