เมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2561 ชัยชาญป่วยเนื่องจากเส้นเลือดใหญ่ในสมองอุดตัน จากนั้นเข้ามารักษาตัวที่โรงพยาบาล และเสียชีวิตอย่างสงบในเวลา 23.45 น. ของวันที่ 4 กุมภาพันธ์ ในวัย 87 ปี

เมื่อวันที่ 7 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2561 พ.อ. แลร์รี่ เรดม่อน ผู้ช่วยทูตฝ่ายทหารบกสหรัฐอเมริกา สถานเอกอัครราชทูตสหรัฐอเมริกาประจำประเทศไทย ร่วมพิธีสวดพระอภิธรรมศพ พ.อ. ชัยชาญ ที่ถึงแก่กรรมเมื่อวันที่ 4 กุมภาพันธ์ที่ผ่านมาที่จังหวัดลพบุรี โดยพ.อ. เรดมอน ได้มอบจดหมายแสดงความเสียใจจากเอกอัครราชทูตเดวีส์ให้แก่คุณรัชนียากร บุตรสาวของพ.อ. ชัยชาญ เป็นทหารรบพิเศษแห่งกองทัพไทยผู้ตกเป็นเชลยศึกที่ถูกคุมขังยาวนานที่สุดที่เรือนจำฮัวโลในกรุงฮานอยในช่วงสงครามเวียดนาม พ.อ. ชัยชาญ เป็นเชลยศึกผู้ร่วมชะตากรรมเดียวกันกับวุฒิสมาชิกสหรัฐฯ จอห์น แมคเคน พล.ร.อ. เจมส์ สตอคเดล และเหล่าทหารผู้กล้าอีกหลายนาย ท่านถูกคุมขังอยู่ที่เรือนจำฮัวโลเป็นระยะเวลาเกือบสิบปี[3]