不仅没有前往汴京主动称降，李煜还给宋太祖写了回复。其说道自己甘心奉大宋为尊，只求南唐李氏宗庙得以保全，奈何当下的场面并不是他所期望的，事已至此死又何妨。其实从一开始李煜就想的过于天真了，他太小看宋太祖平定天下的决心了，因而会寄期望于以臣服降制来换取南唐的存活。这显然是不可能的事情。
宋太祖得到如此回复自然是万分不悦，随即就下令手下兵马水陆并进向南唐攻去。此时宋廷与南唐的蜜月期彻底结束，双方只能举戈相向。已明死志的李煜也开始紧急备战，广筑城墙、囤积粮草，同时命人停止使用北宋年号而改用天干地支纪年。却不料邻国老对手吴越却是趁机发难，攻向了南唐常州、润州等地。
李煜派人出使吴越，欲以唇亡齿寒的道理说服吴越王，但其书信却是被直接转送给了宋太祖。宋军攻城掠地很快渡江南进，虽然李煜下令南唐将士积极防御，也曾竭尽全力招募兵卒、组织御敌。但是强弱悬殊之下，南唐终归不是宋军的对手。兵败如山倒，甚至在宋军挺进到金陵城南十里处屯兵之时，李煜都还不知情。
公元975年冬，北宋大军围困金陵，并展开日夜攻城。一时间金陵城中缺米少粮，而死伤者更是不计其数。被逼无奈的李煜只得求和，先后两次派人出使北宋，进献大量钱物乞求宋廷能够缓兵停战。然而宋太祖只答道“天下一家，卧榻之侧，岂容他人鼾睡”，直接就回绝了。及至年底十二月，金陵终还是失守了。
公元976年1月1日，李煜投降，并为宋军所俘至汴京，南唐至此也正式覆灭了。李煜被宋太祖封为违命侯，如此称谓也是颇为讽刺了。同年，宋太祖一统天下后正式称帝，李煜又被改封为陇西公。公元978年，李煜于七夕节去世，时年四十二岁整。南唐后主，国破后苟活于世，心系故土终客死他乡。
其实回头看来，李煜接下的南唐委实是一个烂摊子。其刚即位之时，南唐才为后周完败不久，加上其父南唐中主李璟突然离世，整个南唐可以说充斥着一种气息：消极悲观、颓废丧气。起初李煜也是励精图治，为了振奋民心、树立个人威信，重用旧臣、公平科举，从而在一定程度上稳定了南唐朝野高层的重心。
李煜直接选择称臣并殷勤侍奉宋朝，旨在保全南唐基业，断然没有逐鹿天下的心思。南唐不仅按时进献岁贡，而且每当宋廷兴兵或举行重大活动之时，也不忘奉送大礼。后即便是以降制来表恭顺，李煜依旧无法改变宋太祖一统天下的决心。但是李煜也清楚，这些举措并不足以打消宋廷吞并南唐、一统天下的军心。
因此在称臣纳贡之余，南唐私下里也在悄悄地囤积器械、招募将士，偷偷为抵御宋军而备战。乃至在南唐与北宋断交后的一系列作战中，李煜所采取的的军事战略也并没什么大的疏漏。宋军攻打南唐，共花费了一年多的时间，单是宋兵积聚金陵城下就有一年光景了。虽然南唐的前景不妙，但期间战斗两国还是互有胜负的。
李煜不仅亲自领兵上阵、严厉军法惩处，还积极开展外交工作。他曾致信吴越王，以唇亡齿寒之理谋求离间吴越与宋；曾试图寻找外援，秘密求助契丹援助抗宋。虽然种种措施未能完全奏效，但是李煜并不是悲观地被动挨打，反而在积极的反抗中有所作为。其中局部战争的反复拉锯，达到了牵制宋军的良好效果。
比如金陵在宋军的久围之下却迟迟不被攻克，就曾使宋太祖产生动摇，宋军也差点就要撤退了。所以说，南唐的覆灭并不是后主李煜一人之过。南唐自烈祖李昪开国至中主李璟拓土，而后李煜接下被后周打残的南唐，单从当时天下的整体形势和历史发展的大趋势来分析：南唐想不覆灭、阻止北宋统一，是完全不可能的。国势已然败落的境地下，李煜能维系南唐长达15年之久，也是极其不容易的了。
