李严看到前蜀人富物丰，但王衍骄奢淫逸，于是归国以后向后唐庄宗献策攻蜀。后唐庄宗下诏购买战马，用以攻打前蜀，派魏王李继岌、郭崇韬等率兵六万攻打前蜀。
因为王承休之妻严氏的缘故，又驾往秦州，群臣直言极谏，王衍不听。走到梓潼，狂风刮翻屋瓦，拔起树木，太史进言说：“这是贪狼风，肯定有敌军要杀来。”王衍仍不省悟。行至绵谷时，后唐的军队攻入前蜀国境，王衍害怕而急忙回返。
唐军所到之处，州县无不迎降，王衍留王宗弼守绵谷，派王宗勋、王宗俨、王宗昱率兵抵御唐军，王宗勋等人到三泉就望风而逃。王衍诏令王宗弼诛杀王宗勋等人，宗弼反而与宗勋等人合谋，赠送军粮给唐军。王衍从绵谷回成都，公卿百官及后宫嫔妃在七里亭迎候，王衍用宫人充作回鹘卫队入城。
第二天，上文明殿，与群臣相对哭泣，束手无策，而这时王宗弼也从绵谷驰归成都，登上太玄门，捕杀成都尹韩昭、宦官宋光嗣、景润澄、欧阳晃等人，将这些人的首级装进匣子里送给李继岌。王衍只好上表乞降，前蜀灭亡。王宗弼将王衍迁至天启宫，魏王李继岌到成都时，王衍君臣带着棺材，绑缚着到七里亭迎降。
后唐庄宗将王衍召入洛阳，赐诏给他说：“我一定分封土地给你，不会在你有难处的时候薄待于你，日、月、星在上可以作证，一言既出，决不骗人！”王衍接到诏书很高兴地上路，率领他的宗族和宰相王锴、张格、庾传素、许寂、翰林学士李旻等人，以及一些将佐家族几千人向东而行，他们走到秦川驿时，后唐庄宗采纳伶人景进的建议，派遣宦官向延嗣诛杀王衍及其宗族，王衍被杀时，终年二十八岁。王衍的母亲徐氏临刑时大叫：“我儿子以一个国家迎降，反而被杀戮，信义都被抛弃，我感到你们的祸患不久就会跟随而来了！”王衍的妾刘氏，鬓发如云，颇有姿色，行刑的人打算赦免她，但她说：“家丧国亡，宁死不能遭受污辱！”从容就死。
王衍，在位时，不理政事，所用非人，断绝言路，致使国势日衰。王衍耽于享乐，兴建宣华苑及清和、迎仙等诸殿，又筑怡神亭，穷极奢华，数次巡游，所费甚剧，民不堪命。