李炎長(zhǎng)期服食長(zhǎng)生丹藥，性格愈加急躁，喜怒失常。會(huì)昌五年(845年)十月，李炎召李德裕詢(xún)問(wèn)朝外之事，李德?；卮穑骸氨菹碌膰?yán)厲決斷讓人們難以猜測(cè)，朝外之人感到很驚恐。以前賊寇叛逆專(zhuān)橫暴虐，當(dāng)然應(yīng)該用嚴(yán)厲的威邢來(lái)制服他們;但如今天下既已平定，希望您能以寬容理政，如能使犯罪的人服罪無(wú)怨言，為善的人不感到驚恐，那就能稱(chēng)得上寬容了。”自此年秋冬以來(lái)，李炎開(kāi)始患病，但道士聲稱(chēng)這是成仙前的“換骨”。李炎隱瞞患病之事，外臣只是奇怪他很少進(jìn)行游獵，宰相入朝奏事也不敢停留太久。同時(shí)，李炎又下詔停罷第二年元旦的大朝會(huì)。

會(huì)昌六年(846年)二月，鑒于黨項(xiàng)部落屢次擾邊，李炎任命夏州節(jié)度使米暨為東北道招討黨項(xiàng)使，決意派兵征討。三月一日(846年3月31日)，久病未愈的李炎認(rèn)為漢朝屬火德，光武帝劉秀因而改洛陽(yáng)的“洛”為“雒”;唐屬土德，不可以王氣勝過(guò)君主之名，于是正式下詔改名為李炎(瀍的偏旁從“水”，唐的“土”德克制“水”;改名從“火”的炎，“火能生土”，便可以“以君名生王氣”)。而自正月十三日起，李炎就不再上朝視事，宰相求見(jiàn)，也不獲允許。朝廷內(nèi)外都深感憂(yōu)懼。不久后，李炎的病情迅速惡化，以至十來(lái)天說(shuō)不出話(huà)來(lái)。三月二十三日(846年4月22日)，李炎在長(zhǎng)安大明宮崩駕崩，年僅三十三歲。

同日，由左神策軍護(hù)軍中尉馬元贄等擁立的光王李忱即位，是為唐宣宗。李炎成為唐朝自太宗、憲宗、穆宗之后，又一位因?yàn)榉诚傻っ钏幎赖幕实邸０嗽?，獲謚號(hào)為至道昭肅孝皇帝，廟號(hào)武宗，葬于京兆府三原縣的端陵。