Tháng 7 năm Giáp Ngọ 1054 niên hiệu Sùng Hưng Đại Bảo năm thứ 6, theo chiếu của Thái Tông Hoàng đế, Hoàng thái tử Lý Nhật Tôn được phép coi chầu nghe chính sự.

Tháng 9, ngày Mậu Dần, sức khỏe của Hoàng đế không được tốt. Sang mùa đông, vào tháng 10, ngày mồng một (tức ngày 3 tháng 11 năm 1054), Hoàng đế băng hà tại điện Trường Xuân, sau 27 năm trị quốc, thọ 54 tuổi. Miếu hiệu là Thái Tông (太宗), thụy hiệu là "Khai Thiên Thống Vận Tôn Đạo Quý Đức Thánh Văn Quảng Vũ Sùng Nhân Thượng Thiện Chính Lý Dân An Thần Phù Long Hiện Thể Nguyên Ngự Cực Ức Tuế Công Cao Ứng Chân Bảo Lịch Thông Huyền Chí Áo Hưng Long Đại Địch Thông Minh Từ Hiếu Hoàng Đế" (开天统运尊道贵德圣文广武崇仁尚善政理民安神符龙见体元御极亿岁功高应真宝历通玄至奥兴龙大定聪明慈孝皇帝).

Trước linh cữu, Hoàng thái tử Lý Nhật Tôn kế thừa hoàng vị, tức là Lý Thánh Tông.