裴炎謀反證據不足，武則天心裏肯定也清楚，那她會怎麽處理這個人呢？最終，她還是以謀反罪把裴炎殺了。光宅元年（684年）九月，就在揚州還是烽火連天的時候，裴炎被押赴都亭驛問斬，家財籍沒，親戚流放嶺外。抄家的結果很是出人意料，堂堂首席宰相裴炎家裏竟然一貧如洗，儲存的糧食還不足一石。臨終之前，裴炎對兄弟們歎息道：“各位兄弟做官都是靠自己奮鬥，我沒有盡一分力，如今卻要因我而被流放邊荒，實在是對不起你們呀！”我想，不管裴炎一生功過如何，就清正廉潔這一點來說，也應該算是一個不錯的宰相了。有那麽多人願意力保裴炎，道理想必也就在這兒。
既然裴炎是一個合格的宰相，又沒有真的謀反，我們就不免產生兩個疑問。第一，武則天為什麽一定要殺裴炎呢？第二，武則天為什麽一定要在揚州叛亂正緊張的時候就殺掉裴炎呢？
先看第一個問題，武則天為什麽一定要殺死裴炎呢？分析一下裴炎的地位以及裴炎和武則天的關係就明白了。裴炎是什麽地位呢？他是唐高宗任命的顧命大臣，在朝廷裏德高望重，如果說當時還有誰能夠跟武則天抗衡一下的話，那就非他莫屬。所以日後武則天無論向哪個方向發展，裴炎的態度都相當重要。那麽裴炎跟武則天的關係如何呢？一言以蔽之，正在從合作轉向決裂之中。
前麵說過，裴炎跟武則天通力合作過好幾次了，先是幫她廢黜了太子李賢，後來又幫她廢掉了皇帝李哲，改立李旦為帝。這一階段可算是二人關係的蜜月期。可是在新皇帝李旦又被武則天軟禁起來後，裴炎和武則天的關係就發生了改變，變得矛盾重重了。什麽矛盾呢？
武則天當上太後之後，想要追尊自己的祖先，建武氏七廟，大臣們都不敢表態，但是裴炎說話了。裴炎說太後給娘家建七廟不合古禮。他還問武則天，說你知道呂後嗎？你看呂後最後下場何其悲慘啊，如果你再這樣搞下去的話，恐怕結局也跟她一樣。這番話讓武則天非常不悅。另外，揚州叛亂爆發以後，有人就給武則天出主意：揚州叛亂打的是匡扶李唐的旗號，那李家宗室肯定求之不得啊，他們萬一勾結反賊怎麽辦？是不是把他們先殺了？武則天覺得主意不錯，可是裴炎又出麵反對了。裴炎說人家沒有任何謀反的證據，太後怎麽可以無罪殺人？武則天又是很不高興。兩個人的矛盾就這樣逐步深化，到最後量變積累，引起質變，終於走向了決裂。決裂的表現就是裴炎趁著戰爭的非常時期，要求武則天還政於皇帝李旦。