欲逃到武德殿中寻求父皇庇护，却被尉迟恭追上射死。李世民军入宫，迫使李渊以李世民主军国事。李建成、李元吉的手下闻讯攻打玄武门，李世民手下将二人首级割下示众，其众便溃散。事后，李元吉的五个儿子都被处死，父子皆从宗室中除名。李元吉遗孀王妃杨氏还为李世民生下一子李明，后来封为曹王。
身后平反.李世民后被李渊立为皇太子，即位后，追封元吉为海陵郡王，谥“剌”，以礼改葬。贞观十六年（642年），又追封巢王。唐高宗时，以曹王李明嗣其后。