《旧唐书·刘道合传》(卷192)记载，“高宗(李治)又令道合合还丹，丹成而上之。” 刘道合于咸亨年间(公元670年)死了。后来刘墓迁葬，刘的弟子开棺后发现，刘的尸体只存一层空皮，从背上裂开，就像蝉虫脱壳一样。人家都称这是道家成仙后的“尸解”现象。李治听说后，不太高兴，说“李大师给我炼丹，却自己吃了成仙去。”

因为刘道合成仙了，李治对他敬献丹药的疗效也深信不疑，加大了服用量，结果导致急性中毒，死于东都洛阳，未能容他到西安再闭眼，时年56岁。临死前，李治还希望能多活点时间，“苍生虽喜，我命危笃。天地神祇若延吾一两月之命，得还长安，死亦无恨。”

同年十二月，诏令改永淳二年为弘道元年。将要宣布赦免之书，李治想要亲自到则天门楼，由于气不顺而不能上马，于是召百姓在殿前宣读赦免书。礼毕，李治问侍臣道：“百姓喜欢吗?”侍臣道：“百姓承蒙皇上赦免，没有一个人不感动喜悦。”李治道：“百姓虽喜，但我的性命危险。天神地神若延长我一两个月的命，能够回长安，死也无遗憾了。”

当晚，李治在贞观殿去世，终年五十六岁。宣布遗诏：“七天装在灵柩内，皇太子在灵柩前即皇帝位。园陵制度，务以节俭。军国大事有不能决断者，请天后处理决断。”群臣上谥号曰天皇大帝，庙号高宗。文明元年(684年)八月十一日，安葬在乾陵。天宝十三年(754年)，改谥为天皇大弘孝皇帝。