公元957年,后周世宗把俘虏的蜀军送还,孟昶也把俘虏的周将胡立送到京城并写信给后周世宗,后周世宗认为孟昶没有臣子的礼节,很恼怒,所以没有回信。
公元958年,后周攻打南唐,攻取淮南十四州,各国都害怕。荆南高保融以书招呼孟昶归周,孟昶因为以前曾经写信给后周世宗没有得到答复而停止归周的事。孟昶幼子孟玄宝,七岁夭折,太常说没有封王封官死了之后不好祭典,孟昶问李昊怎么办,李昊说:“以前唐德宗的儿子李评,四岁夭折,追赠扬州大都督,封肃王,这是以往的事例。”孟昶于是追赠孟玄宝为青州大都督,追封遂王。
北宋兴起,已经攻占荆、潭,更昶更加害怕,派大程官孙遇用蜡丸书从小道到北汉,相约共同出兵阻挠北宋的统一活动,孙遇被北宋边吏捉住。
宋太祖赵匡胤因此下诏伐后蜀,派王全斌、崔彦进等出凤州,刘光乂、曹彬等出归州;诏八作司度右掖门南、临汴水为孟昶建造房屋五百余间,供帐杂物齐备,以等待孟昶投降后用。
孟昶派王昭远、赵彦韬等抵抗。军队刚从成都出发,孟昶派李昊等人设宴送行,王昭远手拿铁如意指挥军事,自比诸葛亮,酒意正浓,对李昊说:“我这次进军,哪里只是抗拒敌军?我领这二三万雕面恶少儿,夺取中原易如反掌啊!”孟昶又派儿子孟玄喆率精兵数万守剑门。孟玄喆用车携带爱姬,带着乐器和几十个演戏的人随军出发,蜀人看见了都偷偷讥笑。王全斌至三泉遇到王昭远,将他击败。
王昭远焚吉柏江浮桥,退守剑门。军头向韬听蜀军俘虏说:“来苏小路,从剑门南边清强店与大路会合。”王全斌派偏将史延德分兵走来苏小路,北击剑门,与王全斌夹攻,王昭远、赵彦韬败走,都被俘虏。孟玄喆听到王昭远等战败的消息,也逃回成都。
刘光乂攻夔州,守将高彦俦战败,闭牙城拒守,判官罗济劝他撤走,高彦俦说:“我以前不能守住秦川,今又撤退,虽然君主不杀我,我有何面目见蜀人呢!”
又劝他投降,高彦俦不许,于是自焚而死。蜀兵奔溃,将帅多数被俘虏。孟昶问计于左右,老将石頵认为宋军远来,势不能久,应当聚兵坚守等待东兵疲惫。
孟昶叹气说:“我和先帝用温衣美食养士四十年,一旦临敌,不能为我向东放一箭,虽然想坚守,谁能为我去守呢?”就命李昊写表向北宋投降,后蜀灭亡,当时是公元965年正月。
从宋军伐蜀至孟昶投降共计六十六日。当初,李昊为前蜀皇帝王衍的翰林学士,王衍败亡时,李昊为他写降表,现在又为孟昶写降表,蜀人夜间在他门上写“世修降表李家”,当时传为笑话。
孟昶投降北宋后,从成都押送到北宋京师汴梁的途中,成都有数万老百姓冒着生命危险为他送行,人们哭送着,男女老少沿江护送,其中哭得恸绝者数百人,孟昶也用手捂着脸面痛,老百姓一直从成都送到键为县,达数百公里,其场面十分感人。
到达汴京后,授任检校太师兼中书令,封秦国公。孟昶被封秦国公的第七天去世,时年四十七岁,追封为楚王。
孟昶死后,成为赵匡胤妃子的花蕊夫人因为思念孟昶,偷画下孟昶的画像,思念之时便拿出来欣赏。
有一次被赵匡胤撞见,花蕊夫人便谎称这是后蜀时期的送子神仙画像,孟昶的画像就被流传于百姓家中成了送子神。