果然不出李孝恭所料，萧铣的救兵本来逆流而上，急匆匆赶来救援，结果走到半道，见到长江中许多萧铣的战船顺流而下，便迟疑起来，"见船，疑不进"，他们不敢轻易进兵，而是先派人去打探消息。当时江陵城被重重围困，根本无法派人出去搬救兵。最后在无计可施的情况下，萧铣不得不出城投降，他所建立的梁国随之灭亡。萧铣投降后，岭南四十九州皆望风而降。
李渊闻讯大喜，拜李孝恭为荆州大总管，派画工绘制李孝恭击破萧铣之状呈进朝廷。李孝恭在荆州治理有方，又改任襄州道行台左仆射。随后，李孝恭平定了辅公祏叛乱，再次立下大功。
李世民即位后，许多郡王被降为了公爵，而李孝恭因战功卓著，得以保留郡王爵位，他被改封为河间郡王，并在朝廷担任礼部尚书。
李孝恭性情奢侈豪爽，"宽恕退让，无矜伐色"，他待人宽恕谦让，从来不居功自傲，故而深得李世民信任。但是李孝恭却常常感到忧虑，他对身边亲近的人说："我住的大宅子太壮丽，我并不喜欢，应该换一座小院子，能住就可以了。我死之后，如果儿子有才能，守此足矣；如果儿子没有才能，也免得这么好的大宅子便宜了别人。"
贞观十四年（640年），李孝恭患急病暴卒，时年50岁。李世民十分悲痛，追赠他为司空、扬州都督，陪葬在李渊的献陵。
