وی در حال گذراندن دوره فرماندهی درتهران بود که عملیات کربلای 4 شروع شد و به محض اطلاع خود را به جبهه رساند و در این عملیات شرکت کرد. شهید مطهرنیا که در عملیاتهای مختلف بارها به شدت مجروح شده بود، سرانجام در تاریخ 30 دیماه 65 درحالی که مانند آقایش ابا عبدالله .ع. سر بر بدن نداشت به دیدار حضرت دوست شتافت. خاک لاله خیز شلمچه و عملیات کربلای 5 یادمان پرواز ملکوتی این عاشق واصل است. پیکر مطهر شهید در نهم بهمن ماه 1365 در جهرم تشیع و در کنار همرزمانش به خاک سپرده شد معرفی #شهید_خلیل_مطهرنیا #از_شهدای_دفاع_مقدس