开宝七年（974年），李煜上表求放李从善归国，宋太祖不许。秋，宋太祖先后派梁迥、李穆出使南唐，以祭天为由，诏李煜入京，李煜托病不从，回复“臣侍奉大朝，希望得以保全宗庙，想不到竟会这样，事既至此，唯死而已”。
太祖闻信，即遣颖州团练使曹翰兵出江陵，又命宣徽南院使曹彬等随后出师，水陆并进；李煜亦筑城聚粮，大举备战。闰十月，宋军攻下池州，李煜下令全城戒严，并停止沿用北宋年号，改为干支纪年。时吴越乘机进犯常州、润州，李煜遣使质问，说以唇亡齿寒之理，吴越王不答，转送李煜书信至宋廷。
北宋攻陷芜湖和雄远军，沿采石矶搭建浮桥，渡江南进。李煜招募兵卒，委任皇甫继勋统领兵马，全力御敌，因强弱悬殊，兵败如山，内殿传诏徐元瑀、刁衎阻隔战败消息，宋屯兵金陵城南十里，李煜尚不知情。
开宝八年（975年）二月，宋师攻克金陵关城。三月，吴越进逼常州，诛杀皇甫继勋，权知州事禹万诚献城投降。六月，宋与吴越会师，进发润州，留后刘澄投降。洪州节度使朱令赟率兵十五万前往救援，行至皖口，遭遇宋军。朱令赟下令焚烧宋船，不料北风大作，反而烧至自身，朱令赟与战櫂都虞候王晖皆被擒（皖口之战）。外援既灭，北宋尽围金陵，昼夜攻城，金陵米粮匮乏，死者不可胜数。
李煜两次派遣徐铉出使北宋，进奉大批钱物，求宋缓兵，太祖答以“卧榻之侧，岂容他人鼾睡”。十二月，金陵失守，守将呙彦、马承信，马承俊等力战而死，右内史侍郎陈乔自缢，李煜奉表投降，南唐灭亡。
开宝九年（976年）正月，李煜被俘送到京师，宋太祖封为违命侯，拜左（一说右）千牛卫将军。[46-47]同年，宋太宗即位，改封李煜为陇西公。太平兴国三年（978年）七夕，李煜死于北宋京师，时年四十二岁整（李煜亦生于七夕），北宋赠为太师，追封吴王，葬洛阳北邙山。
