Năm Thượng Nguyên thứ 2 (675), Lý Hoằng được cùng Đường Cao Tông và Võ hậu đến du ngoạn tại Hợp Bích cung (合璧宮). Khi đang ở Khỉ Xuân điện (绮云殿), Hoàng thái tử Lý Hoằng đột ngột qua đời, hưởng thọ 25 tuổi[16].

Trong thời gian đó, Võ hậu bị nghi là ra tay giết chết Lý Hoằng, ngay cả Tư trị thông giám cũng ghi xác nhận điều này. Về cái chết của Lý Hoằng, theo Vương Sưởng (王昶) thời Thanh Cao Tông, cùng các học giả đương thời lý giải ông chết là do đột ngột bị bệnh, họ cho rằng ngay từ nhỏ Thái tử Lý Hoằng đã nhiều bệnh, nay nghe đến việc Đường Cao Tông có ý định thiện nhượng, trở nên căng thẳng quá độ.

Đường Cao Tông được tin vô cùng thương xót, truy tặng Thái tử là Hiếu Kính hoàng đế (孝敬皇帝). Đây là lần đầu tiên, một vị cha là Hoàng đế lại truy tặng con trai mình làm Hoàng đế, điều này có thể thấy sự tiếc thương tột bậc của Cao Tông đối với con trai[17]. Cao Tông lấy Thiên tử lễ nghi hậu táng với Cung lăng (恭陵), vùng ngoại thành Lạc Dương.

Thời Đường Trung Tông, ông được tặng miếu hiệu là Nghĩa Tông (義宗), lấy Sở vương Lý Long Cơ làm con thừa kế[18]. Thời Đường Huyền Tông, những năm Khai Nguyên, Huyền Tông bãi miếu hiệu Nghĩa Tông.