鄧季筠見到朱溫，跪拜說道“鄧某不才，身陷河東。如今回來請罪！”朱溫大喜，將其扶起說道：“不罪不罪，回來就好。哈哈！”之後鄧季筠向朱溫詳細彙報了邢州城被圍情況，朱溫便召集諸將商議是救還是不救。
鄧季筠說道：“如果我們不出兵，邢州必將重新歸於李克用。猛將李存孝亦不能爲我所有。”大將牛存節反對道：“我們還沒拿下兗州、鄆州，豈能捨此顧彼？”朱溫有些不高興，瞪了他一眼：“你是嫉妒李存孝之勇吧！”前文已講過，李存孝曾將牛存節像小兒一般戲耍，朱溫這話羞得牛存節啞口無。丁會這時說道：“兗、鄆二州確是我們的首要之事。目前的確是難以抽出兵衆前去營救。不過我認爲可以派出一部分兵力前往接應，到時裡應外合，雖不能保住城池，但可以將李存孝救出。我們可得一猛將”大將葛從周隨即反對道“此言差矣。李克用之志必得邢州而後已。他圍城兵力有數萬，我們若派少量兵力前往，無異於以肉投餒虎。那李存孝再是驍勇無敵，亦難以突破天塹，殺出重圍。”
一番商議，除了鄧季筠與丁會外，其他將領都不同意營救。
朱溫憐惜李存孝之勇，奈何諸將不願救之。這些將領跟隨自己百戰，才使得自己地盤能有今日之廣，他怎能不顧及他們的感受呢？自嘆道“勇猛如此，爲將者誰能不妒？”但內心仍有些踟躕，他便單獨召敬翔來談。敬翔道“不救爲是。李存孝是虎，養虎當飽其肉，若不飽其肉，終將被其反噬。李克用令他做邢洺節度使，對他可謂不薄。可他仍不滿足。試想一下，如若將來他立大功，你將如何賞他？他若提出兼領兩鎮之節度使，你是答應還是不答應？他能背叛他義父，怕以後也會背叛你。呂布殺董卓、丁原，曹公因此不用。公可以之爲鑑。”朱溫點頭稱是，徹底斷了營救李存孝的念頭。這回鄧季筠的表現讓朱溫很是讚賞，他心念舊主又無妒心，朱溫便讓他統領了自己的一支親軍。
894年三月，邢州城中糧食用盡。李存孝登上城牆向康君立說道：“吾蒙父恩方得富貴，若非困於讒慝，安肯舍父子而從仇讎乎！願一見父王，雖死不恨！"康君立使人報往晉陽後，李克用親自前來。李存孝便負荊自縛，出城見李克用，泥首謝罪道："兒粗立微功，只因存信饞構，才失圖至此！"克用責備道："汝遺朱溫、王鎔書，盡是侮辱謾罵之詞，毀我萬端，還上表朝廷要聯結諸藩鎮攻滅我。此亦存信教汝乎？"李存孝辨道：“書信皆是我令降將袁奉韜找人代筆，具體內容我從未看過。這個卑鄙小人，因我與李存信之嫌隙而暗中害我，謀亂河東。我已將其摔死。望義父明察！“李克用怒氣猶盛，令人先將存孝捆綁押往晉陽。
叛變罪重，李克用欲要將李存孝車裂。他問李存孝道“臨死前你尚有何遺願？”存孝哭泣道：“兒之功名富貴，全是義父所賜。孩兒情知罪孽深重，愧對父親。兒只有一老母，已於數年前仙逝。如今無牽無掛，只求速死。若有來生，願再爲父子，定不負恩！”
李克用聽後亦悲傷不已，他此時終於稍稍感悟，明白父子倆爲存信所離間。他極其不捨存孝之勇。臨刑之際，希望諸將中能有一二爲其求情者，自己也好順勢免存孝一死。然而一來諸將嫉其勇略，二來諸將多受存信賄賂，竟然無一人爲其求情。李克用知李嗣源爲人清白有威嚴,不受饋遺，明理曉事，便望向他，將唯一的希望寄託在他身上。哪知李嗣源竟也低頭沉默不語。其實李嗣源並非嫉妒存孝之勇，他心中想的是天下戰亂方殷，風雲多變。若不殺叛者，則難以正刑，亦無以懲後。他雖不恥李存信之爲人，認爲他愛酒貪財，屢進讒言，但卻知道李存信對義父的忠心無二。因此終未爲存孝求情。
不過，還是有一個人爲李存孝求情了。那是克用未滿九歲的兒子李存勖。李存孝對這個弟弟非常疼愛，在五六歲時便教其騎射、廝撲，給他講述戰鬥之事、入陣之法。李存勖對這個天下第一勇士也是非常崇拜。這時他哭涕着求父王。只是，李克用無法答應他。諸將都不來求，爲一個孩子而饒了他，豈不是打諸將的臉？
李存勖哭泣着爲李存孝送行，李存孝對他說道“好弟弟，我以後不能再教你武藝了。你要記得每日勤加練習。這輩子我對不住父親，後悔無及，永別了。”
李存信怕李存孝筋強骨壯，難以成刑。暗中令人把繩子換成了鎖鏈，馬匹換成了牛。終於，李存孝在五頭牛的拉扯下肢裂而死。天下第一勇將就此殞命。真可謂是“萬骨堆出勇將名，怎許人間見白頭？”臨刑之際，無數軍士爲之邊哭泣邊歌道“打虎李存孝，入陣世無雙。擒將如反掌，威名軍中揚”……李克用也不由得落下淚來。
李存孝每臨大敵，身被重鎧，掛弓坐槊。僕人以二騎跟從，戰酣之際，馬稍疲乏，就於陣中換馬，輕捷如飛。舞雙錐槍，挺身陷陣，萬人辟易，天下無匹。其勇足以冠三軍而長萬夫，苟不爲叛臣，可謂良將矣。
失李存孝，李克用痛惜不已，不食者數日。不理政事亦達半月之久。自折股肱，兵力亦遠不及之前強盛了。
而李存孝死後，李克用待李存信也再無以往那樣親近了。李存信心中憂懼，日夜不安，思立大功以重新獲得義父的信重。
自幽州地爲李匡籌所得，李匡威又死，赫連鐸在幽州待不下去了，便去投奔了振武節度使白義誠。李存信考慮振武無援，易於攻取。便向李克用請命道：“孩兒願受長纓，必縛赫連鐸而致之麾下。”