李存孝的胜利并没有止步于此。他紧接着转战泸州，那里正聚集着葛从周和朱仲用等敌军将领。当他们听到李存孝的名字时，心生恐惧，竟然直接放弃战斗，选择逃离战场。这场战争就这样不费一兵一卒取得了胜利，李存孝成功收复了泸州。尽管李存孝在这次战役中立下了赫赫战功，但李克用却没有给予他应有的奖励，而是将昭义节度使一职授予了其他将领。李存孝只得到了一个汾州刺史的职位，这令他感到十分失望和不满。

因此开始对李克用产生不满。尽管如此，他在之后的战事中依然尽心尽力，但此时他与义兄李存信已经开始互相猜疑忌恨，这也成为了他们之间关系恶化的导火索。

八百九十二年，李克用向承德节度使王荣和卢龙节度使李匡威的十万联军发起攻击，并任命其义子李存信协助李存孝一同作战。然而，由于两人之间的矛盾，他们未能及时赶到战场，导致李克用不得不愤怒地改派他人。李存信随后对李克用进谗言，称李存孝有二心。李存孝得知后心中惶恐不安，于是暗中联系朱温，表示愿意将邢、洺、磁三州献给朝廷，并请求朱温上奏朝廷让自己担任节度使，以对抗李克用。唐昭宗同意了李存孝的请求。当李克用得知此事后，勃然大怒。

公元八百九十三年七月，李克用决定出兵讨伐李存孝。他命令李存信在邢州龙岗县的琉璃陂驻扎，准备对李存孝发动攻击。然而，李存孝得知了这一消息，并在夜里突然袭击了李存信的军营，导致李存信的军队陷入混乱之中。李克用见形势不妙，亲自率领大军前来增援。

为了围困李存孝，李克用下令在李存孝所镇守的城外周围深挖沟壑，试图切断他与外界的联系。然而，李存孝并不甘心被困，他多次派出士兵冲击沟壑，但都未能成功。此时，曾经投靠过李存孝的袁奉韬提出了一个建议。他认为李克用即使挖好了沟壑，也很可能不会亲自驻守在这里，而是留下部下看守，自己则退回晋阳。而且，那些留下来的将领们并不足以畏惧沟壑，所以这些沟壑根本没有什么作用。

李存孝听从了袁奉韬的建议，不再阻止晋军挖掘沟壑。结果，到了后来，由于城外的沟壑阻挡，李存孝无法出城办理事务，导致城中的军粮逐渐断绝。最终，李存孝不得不选择投降。

李存孝向李克用表示，自己之所以叛变，完全是因为受到了李存信的诬陷。在李存信被清除后，他希望能够得到应有的惩罚。只要有大臣愿意为他求情，他就会顺着这个台阶释放李存孝。

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然而，李存孝的卓越功勋引起了众多人的嫉妒和怨恨，没有人愿意为他辩护或求情。最终，他被判定为叛徒，并遭受残酷的车裂刑罚。在《残唐五代史演义》中，铁枪王彦章被誉为朱温麾下的首席猛将。但当他与李存孝交锋时，仅仅两个回合便败下阵来。每当他冲入敌阵时，他的威猛气势无人能挡，敌人只要听到他的名字就会心生畏惧。因此，才有“将不过李”这个说法流传开来。而关于他被施以五马分尸之刑时，还流传着一个有趣的故事。

只见那五匹烈马拉着车狂奔起来，但令人震惊的是，即使在如此强大的拉力下，李存孝竟然没有被撕裂！看到这一幕，一旁的执行人李存信还以为是马力不够，于是急忙换了马匹再次尝试。这样来来回回五六次之后，李存孝仍然顽强地活着。尽管经历了多次的车裂折磨，李存孝始终没有死去。

“师姐，你看，连他都无法抵抗我，你又能拿我怎样呢？”李存孝笑着说道，眼中满是戏谑。

“陛下，俺知道您车里肯定会让我死的，咱们还是别比这些东西了吧……哈哈哈哈！”李存孝忍不住大笑起来，声音中带着一丝无奈和恐惧。

谁也不曾想过，这位曾经不可一世的混世魔王，此刻竟也有了害怕的时候。然而，就在这时，强烈的拉扯力让他感到无比痛苦。最后，他不得不向李存信乞求道：“快翘起我的四肢筋骨吧，求求你了……”终于，李存孝成功地结束了自己的生命。

后来，人们根据这个民间故事，将李存孝的形象剪成窗花，贴在窗户门上，以此来镇压邪恶、驱赶邪魔。从正史的角度来看，李存孝被誉为五代时期的第一猛将，他的勇猛事迹被后世传颂不衰。)