李煜日夜与小周后、窅娘在宫中寻欢作乐之时，赵匡胤已经夺取了后周政权，建立宋朝，并逐步完成吞并南唐的军事部署。开宝七年（公元974年），宋太祖要李煜入觐，想要胁他归顺。李煜没有入彀，宋太祖以出兵要胁，李煜不为所动。他慷慨激昂地说：“他日王师见讨，孤当躬拟戎服，亲督士卒，背城一战，以存社稷；如其不获，乃聚室自焚，终不作他国之鬼。”宋太祖听闻此事，对左右说：“此措大（贫寒失意的读书人）儿语耳，徒有其口，必无其志。渠能如是，孙晧、叔宝不为降虏矣。”后来宋太祖的话果然应验。开宝七年，宋太祖命大将曹彬率军攻打南唐。李煜此时不积极备战，反而在宫中召集僧道诵经烧香，希望得到菩萨、神仙保祐。在宋军节节进逼，兵临城下之时，李煜派遣徐铉到汴京面见宋太祖，谋求和平。徐铉对宋太祖说：“煜事陛下，如子事父，未有过失，奈何见伐？”太祖道：“汝以为父子分两家，可乎？”徐铉无言以对。十一月，徐铉、周惟简再次入奏。徐铉道：“李煜因病未任朝谒，非敢拒诏也，乞缓兵以全一邦之命。”徐铉雄辩滔滔，情辞恳切，声气愈厉。宋太祖辩不过他，以手按剑，怒道：“不须多言，江南亦有何罪？但天下一家，卧榻之侧，岂容他人鼾睡乎？”这句蛮不讲理的话，把徐铉噎得瞠目结舌。
开宝八年（公元975年），宋军攻取南唐都城金陵。次年，李煜率小周后以及南唐群臣投降，被押往汴梁。宋太祖待李煜尚算宽容，封之为违命侯，并封小周后为郑国夫人。就在李煜投降的这一年冬天，宋太祖驾崩，其弟赵光义即位，是为宋太宗。太宗加封李煜为陇西郡公。太平兴国三年（公元978年）元宵节，宋太宗令小周后进宫共度元宵。小周后入宫后就是十几天不见踪影，李煜忧心如焚，却也无可奈何。眼看正月将过，小周后才从宫里出来，一回家就掩面而哭，指着李煜大骂，指责李煜做南唐皇帝时只图安乐，不理国政，结果弄得国破家亡，让她在赵光义那里受辱。李煜听了，默默流泪。之后，小周后便经常应宋太宗之召进宫，一去往往要住上数日才回来。回来后必又哭又骂，“声闻于外”。此事不久就被国人传得沸沸扬扬。小周后被“强幸”之后，李煜闷闷不乐，终日以泪洗面。太平兴国三年，宋太宗派徐铉去探望李煜。李煜见到旧臣徐铉，感慨寄人篱下的悲惨遭遇，叹道：“当时悔杀了潘佑、李平。”潘佑和李平是南唐的两位忠臣，曾多次对李煜直言进谏，劝其不要穷奢极侈，李煜不但不听忠告，而且下令将二人下狱治罪，结果两人都自杀了。后来徐铉将李煜的话回禀宋太宗，宋太宗十分生气。
最终送掉李煜性命的是他所作的《虞美人》。太平兴国三年的七月七日，正是李煜42岁生日。李煜感慨万端下写了一首《虞美人》：“春花秋月何时了，往事知多少？小楼昨夜又东风，故国不堪回首月明中。雕栏玉砌应犹在，只是朱颜改。问君能有几多愁？恰似一江春水向东流。”词写罢，李煜便令乐伎演唱，结果被宋太宗派来监视李煜的密探侦知。宋太宗闻讯大怒，立即命人给李煜送去牵机药酒。所谓牵机药酒就是用中药马钱子泡的酒。马钱子的主要成分是番木鳖堿和马钱子堿，人吃下后，头部和手脚开始抽搐，痛苦万状，在地上翻滚挣扎。死时，头部与足部相接，状似织布的梭子牵机，故名“牵机药”。
宋太宗毒死李煜后，为了不使小周后太难过，还假惺惺地下诏赠李煜为“太师”，追封李煜为“吴王”。小周后办完李煜的丧事，进宫谢恩后就再没有出来。小周后的结局，与不知所终的窅娘一样，成了千古之谜。