走出不远，便有探马来报，说是李嗣源已抢先占据汴州，各地唐军将领纷纷投降李嗣源。李存勖知道李嗣源攻占汴州，知道自己的计谋已被李嗣源看穿，局势已不可挽回，只得下令回师，仓皇返回京城洛阳。李存勖知道自己这几年沉迷酒色，失了进取之心，不只让百姓陷于水火，也寒了原本随他出生入死，四处征战的众将士之心。是以他在退兵的途中再三抚慰士卒，许以厚赏，但是已经为时太晚，众将士已经不再感念皇帝恩德，沿途逃散过半。
“李存勖见此情形，知道若是死守洛阳，手下将士只怕逃得干干净净，总不能自己一个人守着洛阳城罢。是以他决定前往汜水关，与正在返回中原的征蜀唐军合兵一处，进剿李嗣源。只不过还没等他起身，手下的伶人和宦官发动叛乱，围攻李存勖。双方在宫中激战，李存勖天生神武，一人杀死数百乱军，不过最后还是被叛军乱箭射死，时年不过四十三岁。有几个还算有良心的伶人将乐器覆盖在李存勖的尸体上，然后纵火焚尸，免得他的遗体被叛军践踏侮辱。
“李存勖毙命之后，直跟随他的将士群龙无首，只得和征蜀大军一起向李嗣源投降。李嗣源进入洛阳城，在李存勖灵前称帝，便是后来的唐明宗。李嗣源称帝之后，以皇帝之礼安葬了李存勖，并且抚棺