李煜日夜與小周后、窅娘在宮中尋歡作樂之時，趙匡胤已經奪取了後周政權，建立宋朝，並逐步完成吞併南唐的軍事部署。開寶七年（公元974年），宋太祖要李煜入覲，想要脅他歸順。李煜沒有入彀，宋太祖以出兵要脅，李煜不為所動。他慷慨激昂地說：「他日王師見討，孤當躬擬戎服，親督士卒，背城一戰，以存社稷；如其不獲，乃聚室自焚，終不作他國之鬼。」宋太祖聽聞此事，對左右說：「此措大（貧寒失意的讀書人）兒語耳，徒有其口，必無其志。渠能如是，孫晧、叔寳不為降虜矣。」後來宋太祖的話果然應驗。開寶七年，宋太祖命大將曹彬率軍攻打南唐。李煜此時不積極備戰，反而在宮中召集僧道誦經燒香，希望得到菩薩、神仙保祐。在宋軍節節進逼，兵臨城下之時，李煜派遣徐鉉到汴京面見宋太祖，謀求和平。徐鉉對宋太祖說：「煜事陛下，如子事父，未有過失，奈何見伐？」太祖道：「汝以為父子分兩家，可乎？」徐鉉無言以對。十一月，徐鉉、周惟簡再次入奏。徐鉉道：「李煜因病未任朝謁，非敢拒詔也，乞緩兵以全一邦之命。」徐鉉雄辯滔滔，情辭懇切，聲氣愈厲。宋太祖辯不過他，以手按劍，怒道：「不須多言，江南亦有何罪？但天下一家，臥榻之側，豈容他人鼾睡乎？」這句蠻不講理的話，把徐鉉噎得瞠目結舌。
開寶八年（公元975年），宋軍攻取南唐都城金陵。次年，李煜率小周后以及南唐群臣投降，被押往汴梁。宋太祖待李煜尚算寬容，封之為違命侯，並封小周后為鄭國夫人。就在李煜投降的這一年冬天，宋太祖駕崩，其弟趙光義即位，是為宋太宗。太宗加封李煜為隴西郡公。太平興國三年（公元978年）元宵節，宋太宗令小周后進宮共度元宵。小周后入宮後就是十幾天不見蹤影，李煜憂心如焚，卻也無可奈何。眼看正月將過，小周后才從宮裏出來，一回家就掩面而哭，指着李煜大罵，指責李煜做南唐皇帝時只圖安樂，不理國政，結果弄得國破家亡，讓她在趙光義那裏受辱。李煜聽了，默默流淚。之後，小周后便經常應宋太宗之召進宮，一去往往要住上數日才回來。回來後必又哭又罵，「聲聞於外」。此事不久就被國人傳得沸沸揚揚。小周后被「強幸」之後，李煜悶悶不樂，終日以淚洗面。太平興國三年，宋太宗派徐鉉去探望李煜。李煜見到舊臣徐鉉，感慨寄人籬下的悲慘遭遇，歎道：「當時悔殺了潘佑、李平。」潘佑和李平是南唐的兩位忠臣，曾多次對李煜直言進諫，勸其不要窮奢極侈，李煜不但不聽忠告，而且下令將二人下獄治罪，結果兩人都自殺了。後來徐鉉將李煜的話回稟宋太宗，宋太宗十分生氣。
最終送掉李煜性命的是他所作的《虞美人》。太平興國三年的七月七日，正是李煜42歲生日。李煜感慨萬端下寫了一首《虞美人》：「春花秋月何時了，往事知多少？小樓昨夜又東風，故國不堪回首月明中。雕欄玉砌應猶在，只是朱顏改。問君能有幾多愁？恰似一江春水向東流。」詞寫罷，李煜便令樂伎演唱，結果被宋太宗派來監視李煜的密探偵知。宋太宗聞訊大怒，立即命人給李煜送去牽機藥酒。所謂牽機藥酒就是用中藥馬錢子泡的酒。馬錢子的主要成分是番木鼈堿和馬錢子堿，人吃下後，頭部和手腳開始抽搐，痛苦萬狀，在地上翻滾掙扎。死時，頭部與足部相接，狀似織布的梭子牽機，故名「牽機藥」。
宋太宗毒死李煜後，為了不使小周后太難過，還假惺惺地下詔贈李煜為「太師」，追封李煜為「吳王」。小周后辦完李煜的喪事，進宮謝恩後就再沒有出來。小周后的結局，與不知所終的窅娘一樣，成了千古之謎。