景龙四年（710年），太平公主势力日盛，上官婉儿又依附太平公主。六月初二日，李显突然驾崩，韦皇后将台阁政职、内外兵马大权以及中央禁军等全部安排了自己的党羽和族人，朝政大权尽落韦氏之手。上官婉儿与太平公主起草了一份遗诏，立李重茂为皇太子，李旦辅政，韦皇后为皇太后摄政，以平衡各方势力，然而宰相宗楚客、韦温更改诏书，劝韦后效仿武则天。
得到消息的临淄王李隆基与太平公主商议，决定先下手为强。唐隆元年六月二十日（710年7月21日），李隆基发动唐隆之变，以禁军官兵攻入宫中，杀死韦后、安乐公主及所有韦后一党。在李隆基率军进入宫中时，上官婉儿执烛率宫人迎接，并把她与太平公主所拟遗诏拿给刘幽求观看，以证明自己是和李唐宗室站在一起的，刘幽求拿着遗诏求李隆基开恩，但李隆基不许，斩上官婉儿于旗下。后葬于雍州咸阳县茂道乡洪渎原，太平公主非常哀伤，派人去吊祭，并出钱五百匹绢。
景云二年（711年）七月，复封为昭容，谥号惠文。但据2013年9月出土的墓志铭可以确定上官婉儿是被葬于景云元年八月，其墓志盖上已刻上了“大唐故昭容上官氏铭”，即可确定在上官婉儿死后不久，也即被葬的时候就已经恢复了其昭容的称号而不是史书上记载的死去一年后的景云二年七月。
开元初年，李隆基派人将上官婉儿的诗作收集起来，编成文集二十卷，令张说作序。但据张说所著《唐昭容上官氏文集序》，结合墓志内容推测，应该是太平公主上表请求编集文集[28]。此集今佚，《全唐诗》仅收其遗诗三十二首。