南的任县驻扎，李存信则在邢州龙冈县的琉璃陂驻扎。
九月，李存孝夜犯李存信营，虏奉诚军使孙考老，存信军大乱。
李克用亲自率兵前往，掘沟堑以围城。
李存孝出兵冲击，晋军无法筑成沟堑。
河东牙将袁奉韬派人对李存孝说：“您所畏惧的只是晋王。
晋王待沟堑筑成，一定会留兵围城自己退去，他手下诸将都不是您的对手，筑好了沟堑又有什么用？”
李存孝同意，于是任由晋军筑沟堑。沟堑筑成后，深沟高垒，无法靠近，李存孝非常被动。
乾宁元年三月，存孝登上城楼，哭着对城下的李克用说道：“儿蒙王的大恩，位至将相，难道愿意舍父子的关系而投仇敌？这是由于存信诬陷的缘故。
希望能活着见王，说一句话就死。”
李克用很感伤，派刘夫人入城慰谕。
刘夫人带着李存孝回来，他磕头请罪道：“儿于晋有功而无过，所以至此，是存信的缘故！”
李克用呵斥道：“你写给朱全忠、王熔的信，大肆毁谤我，这也是李存信逼你干的吗？！”
于是将他押回太原，以车裂之刑处死。
其实李克用本不想杀他，希望诸将为他求情，就此顺势免了他的罪，谁知诸将都妒忌他，没一个为他求情。
李克用为此深恨诸将，但却没有谴责过李存信。
李克用惋惜存孝，为之十多天不理政事，兵势也逐渐转弱，而朱温的势力则开始变得越来越强大。
李存孝死后，李克用每次和诸将赌博，谈到李存孝都流泪忍不住的流了下来，伤心欲绝。
乾宁元年十月，昭义节度使康君立前赴晋阳拜见李克用。
已未，李克用会聚属下各位将领尽情饮酒，喝到兴头上，李克用谈起李存孝，泪水不停地往下流。
康君立平时和李存信亲近友好，因为说了李纯笑的坏话，不慎就是因为这一句话触怒了李克用，李克用拔出剑来就向康君立砍去，把他囚禁在马步司，不久将他毒杀。
李存孝勇猛果敢，李克用军营中的将领都比不过他；他经常带领骑兵做李克用的先锋，所向无敌，他身披沉重铁甲，腰挎弓箭长矛，独自挥舞铁冲锋陷阵，成千上万的人在他面前都丧胆逃退。
李存孝常常带着两匹马跟随作战，骑着的马稍微疲乏，他就在阵地上改骑另一匹马，出入如飞。