李由在前線戰死，李斯在朝廷也好不到哪裡去。落入趙高手中後，身陷囹圄，他還沒有醒悟過來，仍然想著如何向秦二世解釋，為自己洗白。
李由戰死疆場，本來是一次自證清白的好機會。但趙高哪裡會放過李斯，他嚴厲追究李斯及其長子李由的謀反罪狀，把李斯的親屬、奴仆、門客全部抓起來，嚴刑拷打。
幾乎沒有人經得起折磨的，很容易便屈打成招了。
李斯還天真地希望通過上書，懇求二世赦免自己。於是他在獄中寫了一篇奏章，曆數自己擔任秦國重要職務三十多年來勞苦功高，希望二世看在李斯功勳卓絕的份上，繞過自己。
奏章交給獄官後，被趙高壓下。然後趙高指使自己的親信冒充禦史、謁者、侍中等官員，輪番前往獄中審訊李斯。
李斯每辯解一次便遭受一次嚴刑拷打。直到李斯再也不敢為自己辯解開脫為止。隻要有人審訊，不管是誰，官職有多高，李斯都老老實實承認自己的“罪行”。
後來二世單獨派人複查李斯一案，李斯怕受皮肉之苦，便隻好承認了。
二世聽了審訊結果的彙報，他心有餘悸地對趙高說：“老師說對了，丞相果然有罪，我差點被他蒙蔽了。”
皇帝當到這個份上，秦始皇地下有知，恐怕棺材板都壓不住了。
公元前208年七月，李斯被執行“具五刑”並夷三族。臨死前，李斯對二兒子說：“我本想和你回到上蔡，在東門那裡牽犬逐兔，如今看來，哪裡還能做得到啊。”說罷父子兩人抱頭痛哭。東門牽犬的典故便是從這裡來的。