公元534年，孝武帝感到形势对自己非常不利，再留下来做皇帝很有可能遭到高欢毒手。于是，孝武帝带着自己的宠妃们，以及一众北魏皇室，连夜向西出逃，投靠高欢的死对头宇文泰。高欢得知后，亲自带兵追截，但始终没能赶上。孝武帝一路上历尽千辛万苦，终于到达长安，得到宇文泰的拥护，另外再建立了偏安的北魏朝廷。
同年，高欢在邺城拥立清河王元亶的儿子元善见为帝，即东魏孝静帝。此时的北魏，仍是以在长安的孝武帝为正统，但高欢同样宣称东魏孝静帝为北魏正统，双方呈对抗状态。
本来孝武帝以为自己投靠宇文泰，得到宇文泰的拥护，能够做个真正掌握实权的皇帝，但其实宇文泰和高欢是一丘之貉，都想通过控制傀儡皇帝达到目的。此时孝武帝才发现，整个偏安的北魏朝廷基本都是宇文泰的部下，孝武帝不但无权，也无人可用，他是傀儡皇帝的事实没能改变。
公元535年，孝武帝与宇文泰矛盾激化，惹怒了宇文泰，最终被宇文泰毒杀，年仅25岁，无庙号，谥号"孝武皇帝"。
北魏孝武帝元修死后不久，宇文泰拥立京兆王元愉之子元宝炬为帝，即西魏文帝。从此，北魏一国正式分裂为东魏、西魏两国，由高欢和宇文泰分别掌权，并且为后面的北齐、北周奠定了基础。
