李存勖設謀誅殺滅後梁、前蜀的大功臣郭崇韬後，惟恐戰功卓著、深孚衆望的郭崇韬無罪被殺死，有人會乘機起事，就派最信任的優伶、宦官們四處探查，稍有言行反常者，或平日得罪過伶人、宦官，立刻就被誣蔑爲郭氏一黨，輕則锒铛入獄，重則滿門抄斬。一時間，朝野上下，人心惶惶，噤若寒蟬。
同光三年（925年）二月初，貝州（今河北清河）發生兵變，嘩變軍人以指揮使趙在禮爲首占據邺城（即魏州，今河北大名），抗拒官軍進剿。幾乎與此同時，曾隨郭崇韬伐蜀並充任先鋒的馬步軍都指揮使李紹琛也舉兵反叛，他自稱西川節度使，與皇子、魏王李繼岌率領的伐蜀大軍對抗，使後唐滅蜀大軍受其牽制仍滯留西川，不能班師北返。
對于貝州軍隊嘩變，李存勖只好派人招撫，但未能奏效。李存勖得到消息後，大爲震怒，結果派出多路人馬前去進剿，皆被反叛的魏博軍擊敗。在此不利情況下，衆大臣極力舉薦悍將李嗣源率軍赴魏州鎮壓叛軍。彼時，李嗣源正遭李存勖猜忌，但兵敗無奈之下，李存勖只好請出李嗣源前去平定魏博叛軍。
讓李存勖萬萬沒想到的是，奉命前去平叛的將士們卻想要擁戴李嗣源做皇帝，他們對李嗣源說：“昨貝州戍兵，主上不垂厚宥；又聞邺城平定之後，欲盡坑全軍。某等初無叛志，直畏死耳。已共諸軍商量，與城中合勢，擊退諸道之師，欲主上帝河南，請令公帝河北。”
李嗣源聽亂兵這麽一說，不由得虎軀一震：這可是殺身滅族的重罪啊！李嗣源不從，亂兵們不由分說，就簇擁、裹挾著他馳往魏州。李嗣源身經百戰，也是後唐開國功臣，在軍中有一定聲望，許多對猜忌戾狠、濫殺無辜的李存勖心存不滿的將領們都願意擁戴李嗣源爲主公；李嗣源見狀，擔心妻小的安全，就對大夥說要回洛陽去谒見皇帝，把事變的原委向莊宗交代清楚。
李嗣源
李嗣源是李克用的養子，和李存勖也算兄弟，彼此知根知底，此事萬一有失，定會帶來塌天大禍。見李嗣源猶豫不決，左右爲難，女婿石敬瑭給老泰山打氣說：“夫事成于果決而敗于猶豫，安有上將與叛卒入賊城，而他日得保無恙乎！大梁，天下之要會也，願假三百騎先往取之；若幸而得之，公宜引大軍亟進，如此始可自全。”
李嗣源在女婿以及部將們的鼓動下扯旗造反，旋即揮師南下。李存勖聞訊大驚失色，一面派人疾馳入川，急召李繼岌率伐蜀大軍北上平叛，一面下诏調集諸道藩將速速率部入援。
李嗣源親率魏博大軍渡河南下，滑州（今河南滑縣）守將不戰而降。李存勖統軍離開洛陽北上，親征舉兵反叛的李嗣源。大軍臨出發前，李存勖取內庫錢帛賞賜將士，王公大臣、優伶宦官也捐獻出大批金銀絹帛，以助軍饷。“壬戌，宰臣豆盧革率百官上表，以魏博軍變，請出內府金帛優給將士。不報。時知星者上言：‘客星犯天庫，宜散府藏。’又雲：‘流星犯天棓，主禦前有急兵。’帝召宰臣于便殿，皇後出宮中妝奁銀盆各二，並皇子滿哥三人，謂宰臣曰：‘外人謂內府金寶無數，向者諸侯貢獻旋供賜與，今宮中有者，妝奁、嬰孺而已，可鬻之給軍。’革等惶恐而退。癸亥，以僞置昭武軍節度使林思谔爲阆州刺史。是日，出錢帛給賜諸軍，兩樞密使及宋唐玉、景進等各貢助軍錢幣。是時，軍士之家乏食，婦女掇蔬于野，及優給軍人，皆負物而诟曰：‘吾妻子已殍矣，用此奚爲！’”
李存勖率軍進至荥澤（今鄭州廣武古荥鎮）時，李嗣源、石敬瑭已經揮軍攻克汴州。李存勖遣龍骧指揮使姚彥溫率3000騎兵前去攻奪。誰知姚彥溫至汴州後馬上率軍投降了李嗣源，另一位負責押送糧草的指揮使潘環則幹脆把糧饷辎重都運入汴梁城，拱手送給了叛軍。
李存勖率軍勉強進至萬勝鎮，因沿途將士不斷逃散，諸軍叛逃潰散者已多達萬余。李存勖爲穩住軍心，特地對將士們說：“適報魏王繼岌又進納西川金銀五十萬，到京當盡給爾等。”孰料將士們並不領情，紛紛嘶吼道：“陛下賜與大晚，人亦不感聖恩。”李存勖聽後感到絕望，涕泗橫流，悲不自勝。次日，行到洛陽城東面的石橋，李存勖設酒宴招待諸將，他悲戚地對部下們說：“邺下亂離，寇盜蜂起，總管迫于亂軍，存亡未測，今訛言紛擾，朕實無聊。卿等事予已來，富貴急難，無不共之，今茲危蹙，賴爾籌謀，而竟默默無言，坐觀成敗。予在荥澤之日，欲單騎渡河，訪求總管，面爲方略，招撫亂軍，卿等各吐胸襟，共陳利害，今日俾予至此，卿等如何！”部將百余人聽後紛紛拔刃割下頭發，向李存勖賭咒發誓要“以死報國”。但卻無一人拿出破敵之策，君臣相顧無言，只會嗚咽流涕。
李存勖
當晚李存勖率軍入城，李嗣源聞訊馬上督軍尾隨，一舉攻占了汜水關。不久，洛陽城中嘩變的士兵越來越多，大臣與將領們紛紛相率逃走，李存勖見衆叛親離，雖然惶恐，但亦束手無策。
後唐同光四年（926年）三月，李嗣源、石敬瑭統兵進逼洛陽，宰相豆盧革勸李存勖說：“魏王西征兵士將至，車駕且宜控汜水，以俟魏王。”李存勖采納其策，決定做最後一搏，調集他所能調動的所有殘余力量和李嗣源展開決戰。
彼時李存勖已經兵臨汜水，列陣于城外，等待決戰時刻。從馬指揮使郭從謙在城門樓上看到李嗣源兵強馬壯，來勢洶洶，知道洛陽難以守住，李存勖必敗，“帝內殿食次，從馬直指揮使郭從謙自本營率所部抽戈露刃，至興教門大呼，與黃甲兩軍引弓射興教門。帝聞其變，自宮中率諸王近衛禦之，逐亂兵出門。既而焚興教門，緣城而入，登宮牆歡噪，帝禦親軍格鬥，殺亂兵數百。俄而帝爲流矢所中，亭午，崩于绛霄殿之庑下，時年四十三。是時，帝之左右例皆奔散，唯五坊人善友斂廓下樂器簇于帝屍之上，發火焚之。”這位叱咤風雲的一代枭雄李存勖恐怕怎麽也想不到，他曾背著他爹李克用留下的3支箭東討西伐，四方征戰，結果自己最終卻死在亂箭之下。
李嗣源率軍入城後即帝位，是爲後唐明宗，他厚葬李存勖于新安縣之雍陵。谥號“光聖神闵孝皇帝”，廟號“莊宗”。
