御史崔詧言：“炎受顾托、身总大权，闻乱不讨，乃请太后归政，此必有异图。”下狱，由御史大夫骞味道、侍御史鱼承晔审讯，刚烈不屈。十二月被斩于洛阳都亭驿前街，抄家籍没，查无积蓄。程务挺上书为裴炎辩冤，也以「与裴炎、徐敬业潜相接应」被斩于军中。唐睿宗时，赠太尉、益州大都督，谥曰忠。夫人刘氏，刘子将之孙，刘德敏之女。二子：裴懿，太子舍人；裴彦先，太子中舍人。