史思明攻打常山郡，颜杲卿向王承业求救未果，只得昼夜防守，拼死作战，但城内兵员短少，寡不敌众，御敌物资全部用完。城池陷落，颜杲卿、袁履谦被叛军俘获，送到洛阳。史思明攻下常山郡后，接着攻打其他诸郡，邺县、广平郡、巨鹿郡、赵郡、上谷郡、博陵县、文安县、魏郡、信都地区，又都被叛军所占领。
安禄山见了颜杲卿，当面斥责他说：“你从前是我把你从范阳户曹任上奏请为判官，于是得以任光禄、太常二丞，便用你代理常山太守，我什么事有负你而背叛我？”颜杲卿怒目而视，对答道：“我家世代为唐朝大臣，永远信守忠义，即使得你奏请署官，难道还应跟着你反叛吗？况且你本是营州一个牧羊的羯族奴隶，因窃取皇帝的恩宠，才有今天，天子又有什么事有负于你而你竟反叛朝廷呢？”安禄山非常愤怒，命人绑颜杲卿于天津桥柱上，肢解并吃他的肉，颜杲卿骂不绝口，叛贼钩断了他的舌头，说：“看你还能骂吗？”颜杲卿在含糊不清的骂声中遇害，时年六十五岁。这天，颜杲卿的幼子颜诞、侄子颜诩以及袁履谦，都被先截去了手脚，袁履谦见何千年的弟弟在旁边，便含血喷他的脸，于是又被更为残忍地施行碎割，过路的人见了都为之流泪。
张通幽因为他的兄长辅佐安禄山，在宰相杨国忠面前说颜杲卿的坏话，所以朝廷没有及时封赠颜杲卿。唐肃宗在凤翔时，颜真卿上表为颜杲卿辩冤，时值张通幽为普安太守，太上皇将其杖杀。李光弼、郭子仪收复常山，把颜杲卿、袁履谦两家亲属数百人释放出狱，厚赠钱物，让他们治丧，肃宗追赠颜杲卿为太子太保，定谥号为忠节，追封其妻崔氏为清河郡夫人。
当初，颜杲卿被杀，首级在大街上示众，没有敢收葬的，有一个叫张凑的人，得到了颜杲卿的头发，拿着去拜见太上皇。这天晚上，肃宗梦见了颜杲卿，醒后为之设祭，后来张凑将头发归还颜杲卿的妻子崔氏，崔氏有点怀疑，而头发看起来像在动。之后，颜泉明买下颜杲卿的遗体，将要安葬，从行刑的刽子手得知，颜杲卿死时一脚先被砍断，与袁履谦埋在一起。经刽子手指引，颜泉明找到了残缺的一脚，遂葬于长安凤栖原，颜季明与卢逖在同一墓穴安葬。