此时，柴荣已攻取淮南过半的州县，欲尽得南唐长江以北的所有领土，于是拒绝和议，他还遣中使将孙晟送到寿州城下，命其招降寿州守将刘仁赡。刘仁赡遥望孙晟，在城头屈身下拜，孙晟正色道：“君受国家大恩，不可开门降敌。”柴荣大怒，孙晟道：“我是唐国宰相，岂能教唆本国的节度使叛国投敌。”柴荣乃释之。
李德明见柴荣无退军之意，自请返回金陵，以说服李璟尽献江北之地，孙晟趁机请求让王崇质和李德明一同南归。但李德明回国后，却被宋齐丘、陈觉、李征古等指责卖国求荣，被李璟处死。两国和谈不成，再次诉之以武力。
不久，柴荣因久攻寿州不下，且大雨不止影响军粮供应，遂留李重进继续围攻寿州，自率大军返回汴京。孙晟也被一同带到汴京，柴荣对他非常优厚，每次朝会都让他列班于中书省官员之后，还经常召见赐以美酒。但孙晟始终不肯透露南唐国内虚实，每次都只称：“我主畏惧陛下神武，甘愿臣服，绝无二心。”
而就在这时，李璟欲策反李重进，被李重进报告给了柴荣，柴荣本就已对孙晟有所不满，于是趁机发作，怒责孙晟欺君，孙晟毫无畏惧之色，只求一死。
柴荣乃将孙晟下狱，后又命都承旨曹翰再次向他询问南唐虚实，孙晟仍缄口不答。
曹翰于是宣读诏命，赐孙晟死，孙晟神色不变，整顿衣冠，向南叩拜，道：“臣谨以死报国！”随后与随从二百余人尽皆被杀。
柴荣事后怜惜孙晟忠诚，后悔将其处死，李璟闻听孙晟遇害，也是悲痛流涕，追赠为太傅、鲁国公，赐谥号文忠。
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