裴炎谋反证据不足，武则天心里肯定也清楚，那她会怎么处理这个人呢？最终，她还是以谋反罪把裴炎杀了。光宅元年（684年）九月，就在扬州还是烽火连天的时候，裴炎被押赴都亭驿问斩，家财籍没，亲戚流放岭外。抄家的结果很是出人意料，堂堂首席宰相裴炎家里竟然一贫如洗，储存的粮食还不足一石。临终之前，裴炎对兄弟们叹息道：“各位兄弟做官都是靠自己奋斗，我没有尽一分力，如今却要因我而被流放边荒，实在是对不起你们呀！”我想，不管裴炎一生功过如何，就清正廉洁这一点来说，也应该算是一个不错的宰相了。有那么多人愿意力保裴炎，道理想必也就在这儿。
既然裴炎是一个合格的宰相，又没有真的谋反，我们就不免产生两个疑问。第一，武则天为什么一定要杀裴炎呢？第二，武则天为什么一定要在扬州叛乱正紧张的时候就杀掉裴炎呢？
先看第一个问题，武则天为什么一定要杀死裴炎呢？分析一下裴炎的地位以及裴炎和武则天的关系就明白了。裴炎是什么地位呢？他是唐高宗任命的顾命大臣，在朝廷里德高望重，如果说当时还有谁能够跟武则天抗衡一下的话，那就非他莫属。所以日后武则天无论向哪个方向发展，裴炎的态度都相当重要。那么裴炎跟武则天的关系如何呢？一言以蔽之，正在从合作转向决裂之中。
前面说过，裴炎跟武则天通力合作过好几次了，先是帮她废黜了太子李贤，后来又帮她废掉了皇帝李哲，改立李旦为帝。这一阶段可算是二人关系的蜜月期。可是在新皇帝李旦又被武则天软禁起来后，裴炎和武则天的关系就发生了改变，变得矛盾重重了。什么矛盾呢？
武则天当上太后之后，想要追尊自己的祖先，建武氏七庙，大臣们都不敢表态，但是裴炎说话了。裴炎说太后给娘家建七庙不合古礼。他还问武则天，说你知道吕后吗？你看吕后最后下场何其悲惨啊，如果你再这样搞下去的话，恐怕结局也跟她一样。这番话让武则天非常不悦。另外，扬州叛乱爆发以后，有人就给武则天出主意：扬州叛乱打的是匡扶李唐的旗号，那李家宗室肯定求之不得啊，他们万一勾结反贼怎么办？是不是把他们先杀了？武则天觉得主意不错，可是裴炎又出面反对了。裴炎说人家没有任何谋反的证据，太后怎么可以无罪杀人？武则天又是很不高兴。两个人的矛盾就这样逐步深化，到最后量变积累，引起质变，终于走向了决裂。决裂的表现就是裴炎趁着战争的非常时期，要求武则天还政于皇帝李旦。