不僅沒有前往汴京主動稱降，李煜還給宋太祖寫了回覆。其說道自己甘心奉大宋為尊，只求南唐李氏宗廟得以保全，奈何當下的場面並不是他所期望的，事已至此死又何妨。其實從一開始李煜就想的過於天真了，他太小看宋太祖平定天下的決心了，因而會寄期望於以臣服降制來換取南唐的存活。這顯然是不可能的事情。
宋太祖得到如此回覆自然是萬分不悅，隨即就下令手下兵馬水陸並進向南唐攻去。此時宋廷與南唐的蜜月期徹底結束，雙方只能舉戈相向。已明死志的李煜也開始緊急備戰，廣築城牆、囤積糧草，同時命人停止使用北宋年號而改用天干地支紀年。卻不料鄰國老對手吳越卻是趁機發難，攻向了南唐常州、潤州等地。
李煜派人出使吳越，欲以唇亡齒寒的道理說服吳越王，但其書信卻是被直接轉送給了宋太祖。宋軍攻城掠地很快渡江南進，雖然李煜下令南唐將士積極防禦，也曾竭盡全力招募兵卒、組織禦敵。但是強弱懸殊之下，南唐終歸不是宋軍的對手。兵敗如山倒，甚至在宋軍挺進到金陵城南十里處屯兵之時，李煜都還不知情。
公元975年冬，北宋大軍圍困金陵，並展開日夜攻城。一時間金陵城中缺米少糧，而死傷者更是不計其數。被逼無奈的李煜只得求和，先後兩次派人出使北宋，進獻大量錢物乞求宋廷能夠緩兵停戰。然而宋太祖只答道“天下一家，臥榻之側，豈容他人鼾睡”，直接就回絕了。及至年底十二月，金陵終還是失守了。
公元976年1月1日，李煜投降，併為宋軍所俘至汴京，南唐至此也正式覆滅了。李煜被宋太祖封為違命侯，如此稱謂也是頗為諷刺了。同年，宋太祖一統天下後正式稱帝，李煜又被改封為隴西公。公元978年，李煜於七夕節去世，時年四十二歲整。南唐後主，國破後苟活於世，心繫故土終客死他鄉。
其實回頭看來，李煜接下的南唐委實是一個爛攤子。其剛即位之時，南唐才為後周完敗不久，加上其父南唐中主李璟突然離世，整個南唐可以說充斥著一種氣息：消極悲觀、頹廢喪氣。起初李煜也是勵精圖治，為了振奮民心、樹立個人威信，重用舊臣、公平科舉，從而在一定程度上穩定了南唐朝野高層的重心。
李煜直接選擇稱臣並殷勤侍奉宋朝，旨在保全南唐基業，斷然沒有逐鹿天下的心思。南唐不僅按時進獻歲貢，而且每當宋廷興兵或舉行重大活動之時，也不忘奉送大禮。後即便是以降制來表恭順，李煜依舊無法改變宋太祖一統天下的決心。但是李煜也清楚，這些舉措並不足以打消宋廷吞併南唐、一統天下的軍心。
因此在稱臣納貢之餘，南唐私下裡也在悄悄地囤積器械、招募將士，偷偷為抵禦宋軍而備戰。乃至在南唐與北宋斷交後的一系列作戰中，李煜所採取的的軍事戰略也並沒什麼大的疏漏。宋軍攻打南唐，共花費了一年多的時間，單是宋兵積聚金陵城下就有一年光景了。雖然南唐的前景不妙，但期間戰鬥兩國還是互有勝負的。
李煜不僅親自領兵上陣、嚴厲軍法懲處，還積極開展外交工作。他曾致信吳越王，以唇亡齒寒之理謀求離間吳越與宋；曾試圖尋找外援，秘密求助契丹援助抗宋。雖然種種措施未能完全奏效，但是李煜並不是悲觀地被動挨打，反而在積極的反抗中有所作為。其中局部戰爭的反覆拉鋸，達到了牽制宋軍的良好效果。
比如金陵在宋軍的久圍之下卻遲遲不被攻克，就曾使宋太祖產生動搖，宋軍也差點就要撤退了。所以說，南唐的覆滅並不是後主李煜一人之過。南唐自烈祖李昪開國至中主李璟拓土，而後李煜接下被後周打殘的南唐，單從當時天下的整體形勢和歷史發展的大趨勢來分析：南唐想不覆滅、阻止北宋統一，是完全不可能的。國勢已然敗落的境地下，李煜能維繫南唐長達15年之久，也是極其不容易的了。
