李存勖设谋诛杀灭后梁、前蜀的大功臣郭崇韬后，惟恐战功卓著、深孚众望的郭崇韬无罪被杀死，有人会乘机起事，就派最信任的优伶、宦官们四处探查，稍有言行反常者，或平日得罪过伶人、宦官，立刻就被诬蔑为郭氏一党，轻则锒铛入狱，重则满门抄斩。一时间，朝野上下，人心惶惶，噤若寒蝉。
同光三年（925年）二月初，贝州（今河北清河）发生兵变，哗变军人以指挥使赵在礼为首占据邺城（即魏州，今河北大名），抗拒官军进剿。几乎与此同时，曾随郭崇韬伐蜀并充任先锋的马步军都指挥使李绍琛也举兵反叛，他自称西川节度使，与皇子、魏王李继岌率领的伐蜀大军对抗，使后唐灭蜀大军受其牵制仍滞留西川，不能班师北返。
对于贝州军队哗变，李存勖只好派人招抚，但未能奏效。李存勖得到消息后，大为震怒，结果派出多路人马前去进剿，皆被反叛的魏博军击败。在此不利情况下，众大臣极力举荐悍将李嗣源率军赴魏州镇压叛军。彼时，李嗣源正遭李存勖猜忌，但兵败无奈之下，李存勖只好请出李嗣源前去平定魏博叛军。
让李存勖万万没想到的是，奉命前去平叛的将士们却想要拥戴李嗣源做皇帝，他们对李嗣源说：“昨贝州戍兵，主上不垂厚宥；又闻邺城平定之后，欲尽坑全军。某等初无叛志，直畏死耳。已共诸军商量，与城中合势，击退诸道之师，欲主上帝河南，请令公帝河北。”
李嗣源听乱兵这么一说，不由得虎躯一震：这可是杀身灭族的重罪啊！李嗣源不从，乱兵们不由分说，就簇拥、裹挟着他驰往魏州。李嗣源身经百战，也是后唐开国功臣，在军中有一定声望，许多对猜忌戾狠、滥杀无辜的李存勖心存不满的将领们都愿意拥戴李嗣源为主公；李嗣源见状，担心妻小的安全，就对大伙说要回洛阳去谒见皇帝，把事变的原委向庄宗交代清楚。
李嗣源
李嗣源是李克用的养子，和李存勖也算兄弟，彼此知根知底，此事万一有失，定会带来塌天大祸。见李嗣源犹豫不决，左右为难，女婿石敬瑭给老泰山打气说：“夫事成于果决而败于犹豫，安有上将与叛卒入贼城，而他日得保无恙乎！大梁，天下之要会也，愿假三百骑先往取之；若幸而得之，公宜引大军亟进，如此始可自全。”
李嗣源在女婿以及部将们的鼓动下扯旗造反，旋即挥师南下。李存勖闻讯大惊失色，一面派人疾驰入川，急召李继岌率伐蜀大军北上平叛，一面下诏调集诸道藩将速速率部入援。
李嗣源亲率魏博大军渡河南下，滑州（今河南滑县）守将不战而降。李存勖统军离开洛阳北上，亲征举兵反叛的李嗣源。大军临出发前，李存勖取内库钱帛赏赐将士，王公大臣、优伶宦官也捐献出大批金银绢帛，以助军饷。“壬戌，宰臣豆卢革率百官上表，以魏博军变，请出内府金帛优给将士。不报。时知星者上言：‘客星犯天库，宜散府藏。’又云：‘流星犯天棓，主御前有急兵。’帝召宰臣于便殿，皇后出宫中妆奁银盆各二，并皇子满哥三人，谓宰臣曰：‘外人谓内府金宝无数，向者诸侯贡献旋供赐与，今宫中有者，妆奁、婴孺而已，可鬻之给军。’革等惶恐而退。癸亥，以伪置昭武军节度使林思谔为阆州刺史。是日，出钱帛给赐诸军，两枢密使及宋唐玉、景进等各贡助军钱币。是时，军士之家乏食，妇女掇蔬于野，及优给军人，皆负物而诟曰：‘吾妻子已殍矣，用此奚为！’”
李存勖率军进至荥泽（今郑州广武古荥镇）时，李嗣源、石敬瑭已经挥军攻克汴州。李存勖遣龙骧指挥使姚彦温率3000骑兵前去攻夺。谁知姚彦温至汴州后马上率军投降了李嗣源，另一位负责押送粮草的指挥使潘环则干脆把粮饷辎重都运入汴梁城，拱手送给了叛军。
李存勖率军勉强进至万胜镇，因沿途将士不断逃散，诸军叛逃溃散者已多达万余。李存勖为稳住军心，特地对将士们说：“适报魏王继岌又进纳西川金银五十万，到京当尽给尔等。”孰料将士们并不领情，纷纷嘶吼道：“陛下赐与大晚，人亦不感圣恩。”李存勖听后感到绝望，涕泗横流，悲不自胜。次日，行到洛阳城东面的石桥，李存勖设酒宴招待诸将，他悲戚地对部下们说：“邺下乱离，寇盗蜂起，总管迫于乱军，存亡未测，今讹言纷扰，朕实无聊。卿等事予已来，富贵急难，无不共之，今兹危蹙，赖尔筹谋，而竟默默无言，坐观成败。予在荥泽之日，欲单骑渡河，访求总管，面为方略，招抚乱军，卿等各吐胸襟，共陈利害，今日俾予至此，卿等如何！”部将百余人听后纷纷拔刃割下头发，向李存勖赌咒发誓要“以死报国”。但却无一人拿出破敌之策，君臣相顾无言，只会呜咽流涕。
李存勖
当晚李存勖率军入城，李嗣源闻讯马上督军尾随，一举攻占了汜水关。不久，洛阳城中哗变的士兵越来越多，大臣与将领们纷纷相率逃走，李存勖见众叛亲离，虽然惶恐，但亦束手无策。
后唐同光四年（926年）三月，李嗣源、石敬瑭统兵进逼洛阳，宰相豆卢革劝李存勖说：“魏王西征兵士将至，车驾且宜控汜水，以俟魏王。”李存勖采纳其策，决定做最后一搏，调集他所能调动的所有残余力量和李嗣源展开决战。
彼时李存勖已经兵临汜水，列阵于城外，等待决战时刻。从马指挥使郭从谦在城门楼上看到李嗣源兵强马壮，来势汹汹，知道洛阳难以守住，李存勖必败，“帝内殿食次，从马直指挥使郭从谦自本营率所部抽戈露刃，至兴教门大呼，与黄甲两军引弓射兴教门。帝闻其变，自宫中率诸王近卫御之，逐乱兵出门。既而焚兴教门，缘城而入，登宫墙欢噪，帝御亲军格斗，杀乱兵数百。俄而帝为流矢所中，亭午，崩于绛霄殿之庑下，时年四十三。是时，帝之左右例皆奔散，唯五坊人善友敛廓下乐器簇于帝尸之上，发火焚之。”这位叱咤风云的一代枭雄李存勖恐怕怎么也想不到，他曾背着他爹李克用留下的3支箭东讨西伐，四方征战，结果自己最终却死在乱箭之下。
李嗣源率军入城后即帝位，是为后唐明宗，他厚葬李存勖于新安县之雍陵。谥号“光圣神闵孝皇帝”，庙号“庄宗”。
