。宣宗喜欢三儿子李滋，想把他立为皇太子，但又怕这样乱次建储，会招致臣下的谏驳，所以一直没有把这件事提出来。裴休担任宰相时，曾经上奏请宣宗早立太子，宣宗不高兴地说：“我还没有老，如果立了太子，不是把我当成闲人了吗？”从此大臣们再也不敢提立太子的事。直到宣宗病重之际，才密嘱枢密使王归长、马公儒和宣徽南院使王居方三人，立三子李滋为皇太子。但宦官王宗实等却假传圣旨，立郓王李温为皇太子，并以矫诏不法的罪名将王归长、马公儒、王居方三人处死。

    宣宗晚年随着身体的逐渐衰老，乞求长生的迷信思想不断增长。大中十一年（公元857年），他派人前往罗浮山迎请道士轩辕集进宫，向轩辕集询求长生不老的秘诀。轩辕集告诉他只要不近女色、不食荤腥、哀乐如一、多施恩德，自然就可以长寿，长生是无处可求的。但宣宗仍不死心，继续寻求长生不老的法术，最后误信了江湖术士李元伯的谎言，服用李元伯炼制的金石丹药，结果越吃身体越坏。大中十三年八月，宣宗由于服用丹药过多，以致毒性剧发，背上生疽溃烂而死，享年50岁，安葬于贞陵（今陕西泾阳县仲山），谥“圣武献文孝皇帝”，庙号为“宣宗”。