Ngày 20/3/2008, thực hiện chỉ đạo của Ban chỉ huy Công an quận Hoàng Mai và Ban chỉ huy Công an phường Hoàng Liệt về việc đấu tranh triệt phá tội phạm về ma túy, đồng chí Lương Duy Vượng cùng đồng đội triển khai kế hoạch phục kích và bắt quả tang 1 đối tượng ở phường Tương Mai, quận Hoàng Mai có hành vi tang trữ trái phép chất ma túy, thu giữ 1 gói heroin 0,240 gam.
Khoảng 22h cùng ngày, đồng chí Vượng cùng tổ công tác phối hợp với phường Tương Mai thực hiện lệnh khám xét nơi ở của đối tượng trên. Do đối tượng nghiện ma túy nặng, có 3 tiền án, trong thời gian tạm giữ có nhiều hành động quậy phá và rất manh động nên chỉ huy đơn vị đã phân công đồng chí Vượng đi xe máy nhanh chóng về Công an phường Hoàng Liệt làm thủ tục báo cáo Công an quận Hoàng Mai đưa đối tượng vào Trại tạm giam Hà Nội trước 24h.
Nhận lệnh, đồng chí Vượng không quản ngại khó khăn đêm khuya giá rét, đã gấp rút về đơn vị để hoàn chỉnh hồ sơ bắt giữ đối tượng. Khi đi đến đoạn đường Nguyễn An Ninh, phường Tương Mai, xe của đồng chí Vượng đã bị xe máy của một đối tượng chạy quá tốc độ đâm vào làm đồng chí Vượng bị thương. Được đưa đi cấp cứu ở bệnh viện nhưng do vết thương quá nặng, đồng chí Vượng đã hy sinh hồi 7h ngày 21/3/2008.
Ngay sau khi đồng chí Lương Duy Vượng hy sinh, Công an phường đã hoàn chỉnh thủ tục hồ sơ, báo cáo lên các cấp có thẩm quyền đề nghị công nhận Liệt sỹ Lực lượng CAND đối với đồng chí Lương Duy Vượng.
Ngày 6/10/2010, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định cấp bằng Tổ quốc ghi công cho đồng chí Lương Duy Vượng
