汉武帝走后，李夫人的姐妹不解，李夫人说:"我之所以不愿见陛下，正是为了能确实地托付兄弟之事。我因为容貌美好，得以从微贱地位获得宠爱。以美色事人者，色衰则爱意松懈，爱懈则恩义断绝。陛下之所以还能念念不忘来看我，正因为我平生美好的容貌，现在如见到我容貌毁坏，颜色非故，一定会厌恶抛弃我，还怎么会记得怜悯录用我的兄弟呢!"
去世追谥，配享祭祀
李夫人去世，汉武帝以王太后的礼仪将她安葬。李夫人病逝后，汉武帝思念不已。一日武帝梦到李夫人后，想与李夫人再见一面，便找来方士设坛作法。这也为刘彻晚年因巫蛊之祸滥杀大臣王子，引得后世非议埋下伏笔。
李夫人因年少早死，汉武帝怜爱她，于是命画师将她的容貌画下来挂在甘泉宫。 后来，武帝爱屋及乌，因为李夫人的临终嘱托，任命李夫人的兄长李广利为贰师将军，封海西侯，李延年为协律都尉。
