乾宁元年(公元894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。”(原文:儿蒙王深恩,位至将帅,苟非谗慝离间,曷欲舍父子之深恩,附仇雠之党!儿虽褊狭设计,实存信构陷至此,若得生见王面,一言而死,诚所甘心。)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!”(原文:儿粗立微劳,存信逼儿,失图至此!)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?!”(原文:汝遗朱全忠、王熔书,毁我万端,亦存信教汝乎!)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。[2]死后留名李存孝死后,李克用每次和诸将赌博,谈到李存孝都流泪不止。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(三十日),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,不慎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,独自挥舞铁楇冲锋陷阵,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。