Theo các tài liệu nghiên cứu, việc bình định Ngô Xương Xí của Đinh Bộ Lĩnh diễn ra một cách hòa bình. Ngô Xương Xí quy hàng Đinh Bộ Lĩnh. Sách Khâm định Việt sử Thông giám cương mục chép rằng: "...Ðến khi nhà Ngô mất, Ðinh Bộ Lĩnh dụ hàng được các sứ quân Ngô Xương Xí, phá được Ðỗ Ðộng của Đỗ Cảnh Thạc..." Có tài liệu nói rằng sở dĩ ông hàng Bộ Lĩnh vì có sự tác động của cuộc hôn nhân giữa Đinh Bộ Lĩnh và Dương Vân Nga, con gái Dương Tam Kha, rồi ông ngoại ông là Sứ quân Phạm Bạch Hổ hay Ngô Nhật Khánh đều là những người có quan hệ thân thích với ông cùng quy thuận Đinh Bộ Lĩnh.

Bổ sung từ nguồn truyền thuyết kết hợp với di tích sưu tầm được ở Thanh Hóa cho biết, khi Đinh Bộ Lĩnh tiến hành thu phục Bình Kiều của Sứ quân Ngô Xương Xí, ông hành quân vào Ái Châu, đóng quân tại sườn Cửu Noãn Sơn, có thần nhân (mưu sĩ?) mách bảo: không cần đánh, chỉ cần mở tiệc khao quân, Xương Xí hoảng sợ tất phải xin hàng. Nay ở xã Thọ Tân có đền thờ Vua Đinh Tiên Hoàng.

Cho tới năm Mậu Thìn 968, đạo quân của Đinh Bộ Lĩnh sau hàng loạt chiến thắng, thống nhất đất nước, mở ra nhà Đinh. Đinh Tiên Hoàng có mời Ngô Xương Xí tham gia triều chính nhưng ông từ chối và lánh về ẩn cư ở vùng thượng du châu Ái (tức Thanh Hoá). Nhà Ngô kết thúc.

Theo Phả hệ họ Ngô Việt Nam, ông có một người anh, là con cả của Ngô Xương Ngập tên là Ngô Xương Tỷ (933-1011), theo nghiệp tu hành, đổi tên là Ngô Chân Lưu và sau được Đinh Tiên Hoàng phong làm Khuông Việt đại sư.