死于兵变
同光四年（926年）二月，魏博戍卒在贝州哗变，推裨将赵在礼为首领，攻入魏州。邢州、沧州也相继发生兵变，河北大乱。元行钦带兵进讨，但却连连失利。李存勖本欲亲征，被宰臣劝阻，只得起用李嗣源，让其率侍卫亲军北上平叛。李嗣源在魏州城下遇到亲军哗变，被劫持入城，与叛军合势。他本无反意，但迫于内外形势，又无以自明，只得率变兵南下。
三月，李存勖亲自率军东征，欲坐镇汴州指挥平叛。但李嗣源已抢先占据汴州，得到大批唐军将领拥戴。李存勖知道局势已不可挽回，行至万胜镇（在今河南中牟西北）便下令回师，仓皇返回洛阳。他再三抚慰士卒，许以厚赏，但已为时太晚。士卒均不感皇帝恩德，沿途逃散过半。 当时，李继岌已率征蜀大军班师，途中因平定后军康延孝叛乱，被耽误了归程。
四月，李存勖决定前往汜水关（在今河南荥阳西北），与李继岌会合，再联兵进剿李嗣源。他命扈从军兵候于宫门外，自己在内殿进食。从马直指挥使郭从谦突然发动叛乱，率所部攻入兴教门。李存勖亲率宿卫出战，杀死数百乱军，最终被流矢射中，死于绛霄殿，时年四十三岁。伶人善友将乐器覆盖在李存勖身上，纵火焚尸。 李继岌军至渭南，因部属溃散，被迫自缢而死。征蜀大军则在副使任圜的率领下，归附李嗣源。 是月，李嗣源进入洛阳，在李存勖灵前称帝，史称后唐明宗。
七月，李嗣源将李存勖葬入雍陵，上庙号庄宗，追谥为光圣神闵孝皇帝。