于是，他下定决心同叛军首领一起谋反。没过多久谋反就失败了，贞元元年（785年）秋天，朔方军将领牛名俊割下李怀光的头投降马燧，李怀光的儿子李琟用刀杀死他的几个弟弟，然后自杀，享年五十七岁。
李怀光虽然被杀，但是，这件事对于唐朝的国势也造成了严重的伤害。
德宗在李怀光死了之后，让他的家人收回尸体安葬，并且，对他的家人也多有优待。本来是国家的功臣，一时的误解最终走上了不归路，最终身败名裂，令人嘘嘘不已。
之所以李怀光会有这样的结局还是与他本人的性格有关，虽然，德宗不计较他叛乱的事实，在他死后还表彰了他，但是，他还是被列入了唐史的叛臣传之中。
