得了肺结核死的。《旧唐书·孝敬皇帝传》里载有一篇高宗皇帝的悼念文，明明白白说太子李弘“自琰圭在手，沉瘵婴身”。“琰圭”是古代一种上尖下方的玉器。“自琰圭在手”，是指李弘当太子。“沉瘵婴身”是说他得了一种“瘵”病。
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太子李弘因仁孝而得到朝野内外赞誉，但却体弱多病，后期监国政务多由东宫官员戴至德、张文瓘、萧德昭等人代为处理。
上元二年（675年）四月，李弘随帝后出行洛阳，在合璧宫绮云殿猝然离世，年仅二十三岁（虚岁二十四）。高宗非常悲痛，破例追加太子李弘为皇帝，这是唐朝建国以来父亲追赠儿子为皇帝的先例，可见高宗对太子早逝的深深哀痛与惋惜。
上元二年（675年）五月，高宗以皇太子“慈惠爱亲，死不忘君”诏令追谥李弘为“孝敬皇帝”，并以天子礼仪厚葬于洛阳郊区的唐恭陵，百官服丧三十六日。高宗还亲自书写《睿德记》缅怀李弘。
