李由在前线战死，李斯在朝廷也好不到哪里去。落入赵高手中后，身陷囹圄，他还没有醒悟过来，仍然想着如何向秦二世解释，为自己洗白。
李由战死疆场，本来是一次自证清白的好机会。但赵高哪里会放过李斯，他严厉追究李斯及其长子李由的谋反罪状，把李斯的亲属、奴仆、门客全部抓起来，严刑拷打。
几乎没有人经得起折磨的，很容易便屈打成招了。
李斯还天真地希望通过上书，恳求二世赦免自己。于是他在狱中写了一篇奏章，历数自己担任秦国重要职务三十多年来劳苦功高，希望二世看在李斯功勋卓绝的份上，绕过自己。
奏章交给狱官后，被赵高压下。然后赵高指使自己的亲信冒充御史、谒者、侍中等官员，轮番前往狱中审讯李斯。
李斯每辩解一次便遭受一次严刑拷打。直到李斯再也不敢为自己辩解开脱为止。只要有人审讯，不管是谁，官职有多高，李斯都老老实实承认自己的“罪行”。
后来二世单独派人复查李斯一案，李斯怕受皮肉之苦，便只好承认了。
二世听了审讯结果的汇报，他心有余悸地对赵高说：“老师说对了，丞相果然有罪，我差点被他蒙蔽了。”
皇帝当到这个份上，秦始皇地下有知，恐怕棺材板都压不住了。
公元前208年七月，李斯被执行“具五刑”并夷三族。临死前，李斯对二儿子说：“我本想和你回到上蔡，在东门那里牵犬逐兔，如今看来，哪里还能做得到啊。”说罢父子两人抱头痛哭。东门牵犬的典故便是从这里来的。
“具五刑”是一种及其残忍的刑罚。受刑人面临长时间的恐惧和剧痛，是一种非常不人道的刑罚。先从犯人脸上刺字，再到割鼻，然后两根小腿被锋利的刀具一块一块地割下，再到整个身子被铡刀拦腰切断，最后脑袋被大刀一刀砍下。
为秦帝国呕心沥血的丞相，就这样被残忍地处死了。
李斯死了，秦王朝最后一根栋梁被二世亲自拦腰折断。李斯才华横溢，计出多端，有丰富的行政经验，为秦帝国的建立、巩固和发展立下不朽之功，始皇帝因此拜李斯为相，位居百官之首。
当初，为了显示恩宠，秦始皇还跟李斯结成了儿女亲家，将他所有的儿子都召为驸马，女儿则全部嫁给皇子们为妻。
李斯虽然贪图权力，但始终保持清醒的头脑，他位极人臣，大富大贵，但常怀忧惧之心。
有一次，李斯过生日，长子李由从三
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