Tháng Tám năm đó, Trịnh Sâm lập con thứ tư của vua Hiển Tông là Lê Duy Cận làm thái tử, quyền phế lập lại do cả tay chúa Trịnh. Vì lúc đó Duy Cận ra vào phủ chúa, thờ tự Thái phi Hoa Dung rất mực kính cẩn, bà chúa thích thế, Sâm cũng yên lòng mà lập làm Thái tử. Tháng 12 năm 1771, Trịnh Sâm giết Duy Vĩ. Trước đó, Sâm có ý giết nhưng chưa tìm được cớ.

Đến nay, Hoàng Ngũ Phúc và Phạm Huy Đĩnh nhờ người khác tố cáo vu ra rằng "bọn Trần Trọng Lâm và Nguyễn Hữu Kỳ cùng với bọn gia khách của thái tử là cống sĩ Vũ Bá Xưởng và Tự thừa Lương Giản định mưu dấy quân, để cướp lấy thái tử ra khỏi ngục".

Rồi Huy Đĩnh đem việc ấy nói cho Sâm biết. Sâm hạ lệnh bắt đem trị tội. Lương Giản trốn, Bá Xưởng bị bắt, tra tấn nghiêm ngặt, lời cung của Bá Xưởng liên can cả đến Nguyễn Lệ. Lệ nói:

"Thái tử là người sẽ nối ngôi vua sau này của một nước, nay không có tội gì mà bị giam cầm nhục nhã, thì định mưu cướp lấy thái tử đem ra là một việc nghĩa, nhưng thực tình tôi không được dự biết việc ấy. Nay nếu bức bách về sự khảo tả mà thú phục xằng, thì không phải là người có dũng khí, việc không mà nói có, thì không phải là người có nghĩa. Vả lại, việc này bảo là Lệ này tự định mưu, họa chăng còn có lý, chứ thái tử ở trong nhà giam, đến vợ con cũng không được ra vào, thì Lệ này từ đâu để yết kiến thái tử mà cùng nhau mưu tính được? Bây giờ chỉ có việc chết mà thôi, chứ Lệ này chả biết nói gì cả!".

Nguyễn Lệ bị khảo đả, nát hết da thịt mà vẫn không thay đổi lời khai. Huy Đĩnh tự dựng thành bản án dâng lên. Sâm sai Huy Đĩnh thắt cổ giết thái tử, lại giết cả bọn Nguyễn Lệ và Bá Xưởng nữa.

Sau đó, Trịnh Sâm sai Phạm Huy Đĩnh trực tiếp thắt cổ giết Thái tử, sách Hoàng Lê nhất thống chí cho hay:

“Ngày hành hình, bầu trời tự nhiên tối tăm, giữa ban ngày mà chỉ cách nhau gang tấc cũng không trông rõ. Chừng hơn một khắc mới lại sáng sủa. Già, trẻ, trai, gái trong thiên hạ, không ai là không rơi nước mắt. Họ đều cho rằng đó là việc trái ngược nhất, bi thảm nhất từ xưa đến nay. Hôm ấy nhằm ngày 20 tháng 12 năm Tân Mão, niên hiệu Cảnh Hưng (1771)”.

Sau khi bắt giam vợ con của Thái tử nhốt vào ngục, Trịnh Sâm còn ra lệnh giết nhiều người thân cận của Thái tử và những quan lại chống đối. Các con của Duy Vĩ, cháu của Hiển Tông là Lê Duy Khiêm, Lê Duy Trù và Lê Duy Chi cũng bị bắt giam ở ngục Đề Lãnh.

Quá đau xót trước cái chết của người con trai tài hoa nhưng yểu mệnh của mình.vua Lê Hiển Tông đã truy thụy cho thái tử Duy Vĩ là: An Định Thái tử (安亭泰圖) với ý nghĩa: Thái tử an tâm mà ngủ .

Giả Thuyết

Có giả thuyết cho rằng Tuyên Phi Đặng Thị Huệ ái thiếp của Trịnh Sâm chính là gián điệp mà vua Lê Hiển Tông cài vào phủ Chúa dùng sắc đẹp của mình như một vũ khí làm Trịnh Sâm mê muội để từ đó hủy hoại cơ đồ họ Trịnh từ bên trong.