Lê Thánh Tông lên ngôi, xét công phò lập của các đại thần, Lê Lăng được phong làm Thái úy và được ban 300 mẫu ruộng thế nghiệp.

Tháng 12 năm 1460, ông cùng Đinh Liệt mang quân đi đánh tù trưởng họ Cầm ở Bồn Man quấy phá biên giới.

Sau đó có người nói với Thánh Tông việc chủ ý trước đây của Lê Lăng muốn lập Cung vương Khắc Xương. Vì vậy Thánh Tông có ý ghét ông và có ý muốn hại ông.

Thái uý Lê Lăng nắm quyền phụ chính trong triều, tính tình cứng cỏi càng khiến Thánh Tông e ngại, nói với các cận thần:

Thánh Tông muốn nhân đó để lập thành tội trạng, kết án ông nhưng trong triều đình nhiều người không phục và không tán thành[2].

Tháng 8 năm 1462, Thánh Tông bèn tự tay viết tờ chiếu, ra lệnh cho thái bảo Nguyễn Lỗi và một số người cùng cánh làm ra tờ tội trạng, tố cáo Lê Lăng với Đỗ Công Thích ngầm mưu làm phản, lại tố cáo cả một đại thần tham gia binh biến lật đổ Nghi Dân khác là Lê Nhân Thuận lập bè đảng che mắt vua. Thánh Tông căn cứ vào tờ tố cáo đó kết án xử tử Lê Lăng và những người bị tố cáo khác.

Lê Lăng bị xử tử, gia sản bị tịch thu. Mọi người trong triều đều cho là ông bị oan nhưng không ai dám nói ra[2]. Sau nhiều năm, Lê Lăng không được minh oan hay đại xá như các đại thần bị hại đời trước như Phạm Văn Xảo, Trần Nguyên Hãn, Nguyễn Trãi, Lê Sát, Lê Ngân, Trịnh Khả[3]. Theo Đại Việt thông sử, cho đến cuối thời Hậu Lê, cháu xa đời của ông là Lê Diễn vẫn chỉ đang "đợi duyệt để lục dụng"[4].