第二天，李克用率領兵馬列陣沁州城下，劉夫人陪伴一側。李存孝在城樓之上觀敵了陣。劉夫人見李存孝在城上便對其喊道：「十三郎，我兒何故與你父王反目成仇，兵戈相見？」
李存孝見養母劉氏在此，不覺淚如雨下，哭泣答道：「兒蒙晉王大恩位至將相，難道願棄父子關係投靠仇敵嗎？這是由於李存信、康君立誣陷的緣故。希望能活著見王，說句話就死。」
李克用聞言很是感傷，劉夫人道：「聽十三郎之言心存悔過，臣妾願往城中，勸說十三郎向大王謝罪。」李克用應允，便派劉夫人入城慰諭。
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劉夫人車攆入城，李存孝跪拜於堂前道：「逆子李存孝恭候母親大人」。
劉夫人扶起李存孝：「十三郎你究竟有何委屈，盡可向母親道來，我定為你在晉王面前討回公道。」
李存孝又將前言複述一遍，劉夫人道：「既然事出有因，十三郎可與我出城，與你父王說個明白便是。」
李存孝跪倒在地對劉夫人道：「母親若能申明大義，存孝此行死而無怨。」劉夫人扶起李存孝，二人共乘車攆前往晉軍大營。
劉夫人帶李存孝來到中軍大帳，李克用端坐上位閉目不視。李存孝磕頭請罪道：「不孝之子李存孝拜見父王。」
李克用看了一眼李存孝問道：「孤且問你改名安景思，叛亂於沁州該當何罪？」
李存孝道：「孩兒於晉有功而無過。所以至此，乃四太保李存信、十二太保康君立暗中陷害！」
這時站在李克用身後的李存璋附耳說道：「父王，存孝該當何罪，何不等大太保回營之後再做定奪。」李存璋本是李克用身邊的侍童，平日頗會揣摩李克用的心意，李克用也想保全李存孝性命，正等眾人為他求情。一聽李存璋之言，李克用微微點頭。
這時康君立說道：「十三太保與朱全忠暗通書信，難道也是我與四哥暗中陷害嗎？「這話問得好！確實是他暗中陷害，前面還要加個難道！李存孝莫名其妙，一時無言以對。
李克用見存孝不言，以為康君立擊中他的要害，又沒有人為其求情。通敵可是大罪，李克用下不了台階，只好狠心說道：「李存孝暗通朱全忠罪不可赦！左右將其綁出帳外，受車裂重誅！」
車裂當天，陰雲密布。李存信驅趕著五馬準備行刑。一切的一切，都將在這一天結束。後人言王不過霸，將不過李，項羽、李存孝戰場上攻無不克戰無不勝，可他們哪裡是韓信、康君立的對手呢？
然而最讓人震驚的事情發生了。當五馬用盡力量向外拉扯時，李存孝的手腕腳腕竟然因為先天的反應，自然而然地生出力道，將五馬又活活地拉了回來！連接十數次，都是如此。被車裂而不死，如此神力，可謂冠絕古今（難怪死後會被尊為山神，連摸金校尉也不敢接近他的墳塋）。原來五車上有五五二千五百石重，以此較之，存孝一臂有二萬五千斤之力，兩臂有四象不過之勇。存孝大叫:「我得何罪?將五馬掙我!「言未絕，只見半空中一金甲神人叫道:「李存孝不得掙脫，吾奉千佛牒文玉皇敕旨，你原是上界鐵石精降臨凡世，今功行完滿取汝歸天，若是遲緩，神人奪了你的坐位。「存孝聽言道:「既上天叫我，安敢不從?「於是對李存信道：「四哥，咱兄弟倆到了這種地步，什麼也不用說了。但是你這種辦法是弄不死我的，也沒法向父王復命。我和你說，如果你想車裂死我，那辦法只有一個，就是挑斷我的手筋腳筋，讓我的手腳無法發力；打碎我的膝蓋肘骨，讓我四肢無法相連，再用五馬之力，才有可能將我弄死。你我做了這麼多年兄弟，就當看在弟弟的面上，給我個痛快吧。」聽李存孝這麼說，李存信眼中也含著淚，點點頭，並依樣照做。這次五馬齊奔，終於將李存孝徹底分開。一代名將、天下無雙的十三太保，就此含冤殞命。後人有詩嘆曰：
兩岸西風起白楊，
沁州存孝實堪傷，
晉官花草埋幽徑，
唐國山河繞夕陽，
鴉谷滅巢皆寂寞，
賓州塵路總荒涼，
詩成不盡傷情處，
一度行吟一斷腸。
李存孝剛死，忽見一彪人馬飛奔而來，眾視之，乃存孝之妻鄧瑞雲也。瑞雲得知消息後不怕晉王怪罪，帶領存孝手下六將趕來，放聲大哭。晉王想起李存孝夫婦離家跟隨自己從軍的往事，心中也覺不忍。於是具棺槨盛裝李存孝屍首，停於正庭，六將掛孝。軍土舉哀震地。
李克用晚間回帳，見劉夫人一人坐在榻邊哭泣。李克用上前問道：「夫人因何事傷痛？」
劉夫人答道：「老爺曾經答應臣妾，若十三郎有悔過之心，可酌情發落。今日存孝隨我入城，老爺何故用車裂重刑將他處死？如果他不來，何人能夠抓他，我這不是利用母子感情欺騙他嗎？」
李克用無奈地說：「夫人不知，孤也想赦免十三郎死罪，奈何康君立在眾人面前說出存孝暗通朱全忠書信之事，與敵同謀豈能放過。孤也是含淚車裂李存孝呀。」
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劉夫人道：「人人皆言君立與存孝不和，依我看朱溫的書信或許就是反間計呢！再說朱溫回書李存孝，如何會到康君立手中？康君立又何必著急將信使砍殺？」
李克用一聽不由大悟：「康君立說來也是一員久經戰陣的猛將，從雲州譁變就伴隨孤王左右十幾年，奈何用心狠毒，一點容不得別人。」
劉夫人道：「今日死去的是十三郎，不知道明日喪命的又是哪家太保，兒郎們還未曾報答老爺的養育之恩，卻一個一個飲恨死去。」說著劉夫人又啼哭起來。
李克用也是十分為難，只得安慰道：「夫人莫要傷心，等來日抓到康君立尾巴，我決不饒他。」一番勸慰之後，夫妻二人才熄燈休息。
其實李克用只是要給李存孝一個狠狠的教訓，並不想真殺了他，李克用覺得臨刑前一定會有人出來為李存孝求情，自己也就借坡下驢赦免李存孝。
理想是豐滿的，現實是骨感的，李克用想得挺美，但是他沒想到這麼多將領嫉妒李存孝天下第一猛將的勇武，居然沒有一個人肯站出來為他求情，李克用一時騎虎難下，只能將李存孝處死，這之後李克用接連十幾天不理軍務，私下對諸位將領埋怨了很久。
李存孝雖然死了，但他造成的影響卻沒有結束，當時河東還有另一位大將名叫薛阿檀，平日裡和李存孝的關係比較密切，所以經常被其他將領排擠。李存孝死後，薛阿檀害怕受到株連，不久之後也自殺身亡。
乾寧元年八月，昭義節度使康君立拜見李克用，見到愛將歸巢李克用非常高興，設宴款待，酒過三巡菜過五味，李克用有些醉了，再次說起李存孝，更是傷心，不由得放聲大哭，康君立便在一邊規勸道：「李存孝罪有應得，父王處理得對！」
這本來是句好話，哪知道李克用聽了勃然大怒，拔劍就砍，康君立直接被砍成重傷.
數日後李克用班師回晉陽，李存孝的屍棺也被帶回，李克用準備將靈柩送往晉陽風峪溝口的太山腳下埋葬，忽有士卒來報，大太保、三太保率軍返回晉陽。李存勖回宮休息，李嗣源不顧一路疲憊來見李克用與劉夫人，父子相見甚歡。李嗣源道：「孩兒與三弟率兵逐走梁兵殘餘，特向父王請功。」
李克用喜道：「嗣源得此大捷，到中軍細細為孤講來。」
父子二人進入府中，李嗣源忽見有牙兵正在收拾府上白綾白綃。不由驚問道：「王府之內高掛白幡，莫非是有祭奠不成？」
李克用只是嘆氣，劉夫人一旁言道：「府里設了靈堂，靈柩是你十三弟的。」
「什麼？」李嗣源二目驚視李克用夫妻二人問道：「存孝的靈柩？」李克用無奈地點了點頭。李嗣源疾步跑向靈堂之中，李克用與劉夫人也緊隨入府。
李嗣源衝進靈堂，只見帳篷四周高掛白綾，兩側白幡叢立，靈案之上四對白燭已燃去大半，再看靈案正中有鑲金牌位一座，上書「晉王府勇南公李存孝之位」。李嗣源眼觀靈堂心似刀割，伏身棺材之上哭道：「十三弟！嗣源來得太晚啦！」李克用與劉夫人見李嗣源失聲痛哭，老兩口也潸然淚下。痛哭片刻，李嗣源便把李存信、康君立勸說李存孝出姓的事情給晉王說了一番。晉王聽了事情緣由，不覺怒髮衝冠，拍案大呵道：「康君立這個蛇蠍小人，欺我兒子太甚！嗣源以為康君立當如何處置？」
李嗣源道：「孩兒願為父王前驅，包圍康宅，緝拿康君立，割其首級懸於東門，以謝天下！」
李克用道：「孤眾家太保皆嫉妒李存孝之功，不肯為其發言；而嗣源深明大義，為人正直，真乃忠義之士也！」
李克用取下身上佩玉一塊交於李嗣源，做為誅殺康君立的口諭。
次日李存孝下葬之後，李嗣源與石紹雄、安休休帶領精兵五百人包圍康君立府宅，康府上下一片驚慌。康君立聞聽下人來報，有官兵包圍府宅，趕忙跑到院中。只見府門被官兵踹開，李嗣源大步邁進康府，左邊是石紹雄，右邊是安休休，三人都是滿臉殺氣。康君立拱手問道：「大哥與二位將軍，今日來小弟府邸不知所為何事？」
李嗣源怒道：「康君立！你裝什麼糊塗，今天是你為十三太保李存孝陪葬的日子！」
康君立聞言心中驚駭，暗想眾家太保皆嫉妒李存孝功高蓋世，沒想到竟載在李嗣源的手中。康君立連忙解釋道：「大太保有所不知，此事皆是李存信暗中操作，與小弟無關。」
李嗣源罵道：「康君立！今日死到臨頭，還想挑撥我兄弟自相殘殺。我奉晉王密令，誅殺佞臣康君立。以佩玉為號，玉到人斬，格殺勿論！」李嗣源說罷拔出寶劍，一劍刺進康君立腹中，康康君立痛叫倒地。旁邊校刀手將康君立削級斬首獻上人頭。
李嗣源查抄康府，令石紹雄、安休休往晉王府持佩玉回命。李嗣源將康君立人頭掛於馬鐙之上，馳往風峪溝口的太山腳下李存孝墓前。李嗣源一把將康君立的人頭仍到墓碑之下。李嗣源跪坐於地對李存孝墓碑言道：「十三太保，為兄今日把你的冤讎昭雪了。這顆奸賊的人頭足以為你的在天之靈平反。人生在世，光陰幾何，你我兄弟共扶唐廷，眾人都是指揮士卒，惟存孝以雙臂退敵威鎮海內。存孝先行，我心中悲痛至極。」
夕陽殘照，黃昏風起，李嗣源再三叩拜後，才戀戀不捨地返回晉陽城。