曹彬自荊南領戰艦東下，潘美在采石架浮橋渡江，浮橋三日而成，和樊若水之前所測量的距離不差尺寸。宋軍渡江，如履平地。進至秦淮，江南水陸兵十萬列陣於金陵城下。宋軍涉水強渡，江南兵大敗。
李煜整日在深宮與僧徒道士談經論道，不問政事。金陵守將皇甫繼勳買通宮人，隱瞞戰事，李煜絲毫不知亡國在即。直到有一天，他偶然外出巡城，見到宋軍滿野，金陵岌岌可危，這才知道為左右所蒙蔽，狂怒之下殺皇甫繼勳。無計之下，又隻好派徐鉉、周惟簡為使者到汴京（今河南開封）向趙匡胤求和。徐鉉說：“李煜無罪，陛下師出無名。”趙匡胤道：“朕令李煜入朝，為何違令？”徐鉉答道：“李煜事陛下，如子事父，沒有過錯，為何被伐？”趙匡胤道：“既為父子，為何分成兩家。”徐鉉無言以對，知道宋帝意在江南，再無回旋餘地。
李煜求和不成，急調駐守上江的朱令囗入援金陵。朱令囗率十五萬大軍自湖口順流而下，欲斬斷采石浮橋，以解金陵之圍。到達皖口（今安徽安慶西南，皖水入江口）時，朱令囗大軍與宋行營步軍都指揮使劉遇五千人相遇。劉遇先揮軍急攻，朱令贇下令用火油攻燒宋軍戰艦，宋軍正節節敗退時，風向忽轉，火勢反燒朱軍，南唐軍隊不戰自潰，主將朱全斌慌忙間投火自盡。此戰宋軍僥幸得勝不說，還消滅了南唐主力精銳，金陵陷於孤城危蹙中，指日可下。
李煜無可奈何，隻好再派徐鉉、周惟簡出使汴京，並帶去貢銀五萬兩、絹五萬匹，乞求緩兵。徐鉉道：“李煜不是敢違抗聖旨，而是因病不能入朝。請罷兵以拯救一邦之命。”趙匡胤道：“朕已曉諭將帥，不得妄殺一人。”徐鉉還要拿出文人的那一套嘴皮子功夫，趙匡胤大怒，拔劍道：“休要多言！江南有什麼大罪，但天下一家，臥榻之側，豈容他人鼾睡！”徐鉉驚出一身冷汗，急忙退出。
宋軍攻打金陵前夕，主帥曹彬忽然稱病不視事，諸將都來問候。曹彬說：“我的病不是藥物所能醫治，隻須諸位誠心起誓，克城之後不亂殺一人，我的病就自然好了。”諸將許諾，焚香為誓。曹彬這樣約束將士，是因為出征前趙匡胤已下有命令，保護金陵城和江南財富。果然，宋軍攻入金陵後，秩序井然。
李煜之前曾慷慨表示要“親督士卒，背城一戰，以存社稷”，一旦失敗，也要自焚殉國。他甚至已經在宮中堆好了柴草，但臨到最後一刻卻放棄了，最終肉袒出降。南唐國亡。
四十年來家國，三千裏地山河。
鳳閣龍樓連宵漢，玉樹瓊枝作煙蘿。
幾曾識幹戈？
一旦歸為巨虜，沈腰潘鬢消磨。
最是倉皇辭廟日，教坊猶唱別離歌。
垂淚對宮娥。
李煜寫罷降表後，隨即感慨地寫下這首沉痛的《破陣子》。這首詞曾經在後世引起莫大的非議，大多人認為李煜拜辭祖廟、北上而為俘虜，理應對著祖宗碑位痛哭流涕，愧對列祖列宗，愧對江南錦繡，愧對南唐百姓，而李煜卻是“垂淚對宮娥”。對於感性的李煜而言，他惟一的不幸並非亡國，而是生在了帝王家。
宋開寶九年（976年），元宵節剛過，李煜及其子弟、官屬一行四十五人到達汴京，身穿白衣，到明德樓拜見宋太祖趙匡胤。趙匡胤沒有加害，減死罪一等，因其曾守城相拒，封“違命侯”掛名擔任光祿大夫、檢校太傅、右千牛衛上將軍。李煜有自己的宅第，但有人把守，不能隨意出入，不能與外人交往，實際上仍然不過是個比較體麵的囚徒。