Lê Long Đĩnh cai trị được 4 năm, đến tháng 10, ngày Tân Hợi, năm Kỷ Dậu (tức ngày 19 tháng 11 năm 1009) thì qua đời, hưởng dương 24 tuổi. Long Đĩnh mất, con trai là Lê Cao Sạ còn bé, dưới sự sắp đặt của quan Chi hậu Đào Cam Mộc, triều thần đã tôn Lý Công Uẩn lên ngôi Hoàng đế, sáng lập ra triều đại nhà Lý.

Theo sách An Nam chí lược: Tháng 3 năm thứ 3 (1010), Chí Trung (Lê Long Đĩnh) mất, có con mới mười tuổi, bị Lý Công Uẩn soán ngôi. Lúc ấy, sứ thần của Chí Trung còn ở Kinh sư, Chân Tông cho biết tin và nói nếu muốn để tang cũng cho phép. Sứ-giả chỉ che mặt than khóc mà thôi.

Cột kinh chùa Nhất Trụ ở Cố đô Hoa Lư từ thời Tiền Lê là cột kinh cổ nhất Việt Nam.Đền vua Lê Đại Hành, nơi thờ Lê Long Đĩnh.

Các bộ sử cổ của Việt Nam như Việt sử lược, Đại Việt sử ký toàn thư và Khâm định Việt sử Thông giám cương mục cho rằng tháng 10 năm 1009, Lê Long Đĩnh mất và cái chết của ông là hậu quả của sự hoang dâm, mê tửu sắc.[17][18][19]

Theo sách Đại Việt sử ký tiền biên, sử gia Ngô Thì Sĩ cho rằng Lý Công Uẩn giết Lê Long Đĩnh để đoạt ngôi:[20]

“	Lý Thái Tổ rất căm phẫn trước tội ác giết anh cướp ngôi của Khai Minh vương [tức Lê Long Đĩnh], nhân lúc Khai Minh vương bệnh tật, sai người vào đầu độc giết đi rồi giấu kín việc đó, nên sử không được chép.	”
— Đại Việt sử ký tiền biên - Ngô Thì Sĩ

Đại Việt sử ký toàn thư chép thái độ của Lý Công Uẩn sau khi được sư Vạn Hạnh nói về sấm truyền họ Lý sẽ làm vua:

"Công Uẩn sợ câu nói ấy tiết lộ, bảo người anh em đem Vạn Hạnh giấu ở Tiêu Sơn. Song từ đấy cũng lấy thế tự phụ, mới nảy lòng ngấp nghé ngôi vua".

Sử gia Ngô Sĩ Liên trong Đại Việt sử ký toàn thư có lời bình:

Nhà Lê thay nhà Đinh, nhà Lý thay nhà Lê, nhà Trần thay nhà Lý,... nói cho cùng, cũng đều chưa khỏi tiếng cướp ngôi.

An Nam chí lược của Lê Tắc cũng chép thái độ của Tống Nhân Tông khi Lý Công Uẩn cướp ngôi vua, sang Tống triều cống và xin chiếu chỉ:

"Chí Trung bất nghĩa mà được ngôi, nay Công Uẩn bắt chước làm bậy, lại càng đáng ghét".

Mặc dù trong chính sử, kể cả Đại Việt sử ký tiền biên, đều ghi nhận việc triều đình suy tôn Lý Công Uẩn lên ngôi và không ghi nhận một cuộc nổi dậy nào của những người nhân danh trung thành với nhà Tiền Lê để chống lại nhà Lý sau khi triều đại này hình thành nhưng ngày nay, một số tư liệu tìm thấy trong dân gian mà điển hình như sách Nghệ An ký của Bùi Dương Lịch có đoạn chép:

Tục truyền rằng Công Trung là con của Lê Đại Hành, làm quan ở Diễn Châu, táng mả mẹ tại huyệt tốt đất ấy. Đến khi nhà Lý cướp ngôi nhà Lê, Công Trung còn giữ châu xưng đế.

Nhà Tiền Lê kết thúc, trải qua 3 đời, tồn tại 29 năm. Theo sử gia Ngô Thì Sĩ, Lý Công Uẩn đã dùng thụy hiệu xấu để đặt cho Lê Long Đĩnh là Ngọa Triều Hoàng đế, nghĩa là: vị hoàng đế nằm để thiết triều, ám chỉ tin đồn ông bị trĩ, phải nằm mới được.