七月二十八日（《资治通鉴》称为六月戊辰日，但六月没有戊辰日，《北齐书·后主纪》称，七月戊辰日，经推算，该天为二十八日），丞相府的官吏封士让秘密报告说：“斛律光去年出征返回，皇上下诏命其解散军队，但他却带兵逼近京城，将要图谋不轨，因故中止。他的家里藏匿有很多弓箭铠甲，还有上千的奴仆，常常派人秘密与斛律丰乐、斛律武都联络，如果不早早下手，后果恐怕难以预料。”看了这一密报，后主终于相信了，他对何洪珍说：“人真是有心电感应的，当时我就怀疑他会谋反，原来真是这样！”
后主非常胆小，见到封士让的密报后，竟害怕斛律光现在就会发动政变，他赶紧命令何洪珍飞马将祖珽召来，见到祖珽后，他说：“我打算召斛律光入宫，可是又担心他抗命。”祖珽说：“陛下派人去斛律光那里，赏赐给他一匹骏马，并说：‘明日前往东山游玩，大王可以骑着这匹马前去。’斛律光肯定会入宫道谢，趁机将其抓住。”后主同意了。
不一会儿，斛律光果然入宫拜谢，来到了凉风堂，刘桃枝从他身后突然上前猛扑，没有把斛律光扑倒。斛律光回过头来，说：“桃枝，你经常干些这种事。我没有背叛国家。”刘桃枝与另外三名壮士一起用弓弦套住斛律光的脖子，将他勒死，鲜血流了一地，后来怎么磨洗都无法从地上抹去。斛律光死时五十八岁。
斛律光之父斛律金乃北齐佐命元勋，性格质朴、正直，高欢对斛律金非常信任，生前就曾专门告诫高澄：“你使用了大量汉人，如果有人说斛律金的坏话，你别信！”在高澄、高洋、高演、高湛时代，斛律金一家一直受到北齐皇帝的重用，文宣帝高洋任命斛律金的二儿子斛律羡为武卫大将军，又将义宁公主嫁给了斛律光的长子斛律武都。孝昭帝高演即位后，给太子高百年娶了斛律光的女儿。武成帝高湛即位后，也为太子高纬娶了斛律光的另一个女儿，后主登基后，斛律氏又被封为皇后，因此，斛律家已经被称为是“一门一皇后，两太子妃，三公主”。但斛律金生前却对此非常担忧，他对斛律金说：“我虽然没有读过书，但还是知道从古以来外戚很少能保家全身的，咱家的女儿如果得到皇帝的宠爱，会引起其他权贵们的嫉妒怨恨；如果得不到皇帝的宠爱，就会引起皇帝的憎恶。我们家从来就是凭借着战功取得的富贵，岂能依靠女儿们？”斛律金死后五年，斛律家被灭门，而之所以如此，就是因为后主并不喜欢斛律皇后，因此，祖珽等人的谗言才会奏效。
史称，斛律光“马面彪身，神爽雄杰”，长着一张马脸，虎背熊腰。他为人沉默寡言，很少说笑，与子弟们在一起如同君臣相见；虽然非常富贵，但却性格节俭，不爱声色，不贪财货，谢绝贿赂；家中没有来客，也很少与朝臣们交谈，每次开会总是最后发言，言必有理；每次上书，命人执笔，自己口授，务必做到简单明了。行军打仗仿效父亲斛律金的办法，占卜吉凶百发百中，没有扎下营垒，始终不肯进帐休息，甚至终日不肯坐下，常常是身披铠甲，身先士卒。对于犯法的士兵，只用棍棒责罚，从不随意杀人，但对于修筑城池的民工、征发来的士人，却随意鞭打，严厉残暴。斛律光自年少从军以来，从未打过败仗，令敌人闻风丧胆。
斛律光的弟弟斛律羡，字丰乐，长期担任幽州刺史，为北齐帝国捍御北方边境，突厥人对斛律羡又尊敬又害怕，称他为南面可汗。斛律羡谨慎小心，为人正直，看到一家过于富贵，常常忧从中来。
斛律光有五个儿子：斛律武都，时任开府仪同三司、梁兖二州刺史，在任没有政绩，一味贪污受贿，鱼肉百姓；次子斛律须达，中护军、开府仪同三司，已死；三子斛律世雄，开府仪同三司；四子斛律恒伽，假仪同三司；幼子斛律钟。
斛律羡有斛律世达、斛律世迁、斛律世辨、斛律世酋、斛律伏护等子。
斛律金生前曾命儿孙们比赛射箭，看后，老人流下了眼泪，说道：“明月、丰乐的箭术不及我，孙子们的又赶不上他们俩，家道要衰落了啊！”
杀掉斛律光后，后主遂下诏宣布斛律光谋反，并诛杀了他的两个儿子开府仪同三司斛律世雄、斛律恒伽。幼子斛律钟年仅数岁，免死。
祖珽派两千石郎邢祖信去抄斛律光的家，回来后，祖珽在办公室询问情况，邢祖信回答：“十五张弓，一百支宴会时比赛用的箭、七把刀，皇上赏赐的长矛两个。”祖珽厉声说道：“还有什么？”回答：“枣木棍二十捆，凡是家中奴仆与外人打架，不论是非曲直，先打一百棍。”祖珽听后顿时羞得满面通红，降低了嗓门，说道：“朝廷已经判处了重刑，郎中你却要为他昭雪，这合适不？”邢祖信出门后，有人责怪他太过正直了，邢祖信感慨地说道：“贤能的宰相已经死了，我的残生又有什么好珍惜的！”
后主派遣使者前去，诛杀了斛律武都，又派中领军贺拔伏恩乘坐驿马车前去幽州，又以洛州行台仆射独孤永业接替斛律羡的职务，与大将军鲜于桃枝调派定州的骑兵随后北上。贺拔伏恩等人来到幽州后，城门守将报告说：“使者官袍之下穿着铠甲，马身上出汗，应当紧闭城门。”斛律羡说：“对朝廷钦差大臣岂能抗命！”遂出城迎接，当即就被逮捕，在长史办公室被杀。临终，斛律羡叹息道：“如此富贵，女儿当皇后，公主满家门，光是家中打杂的就用了三百士兵，如何不会破败！”他的五个儿子斛律世达、斛律世迁、斛律世辨、斛律世酋、斛律伏护被杀，其余十五岁以下的儿子被免死。
北周武帝刚刚亲政数月，北齐朝廷就诛杀了斛律光，对武帝宇文邕而言不啻一个惊天的大喜事，他知道这一消息后，当即下令大赦天下。《北齐书》、《北史》都痛惜地将斛律光的被杀与战国时期赵国良将李牧受郭开谗言被杀相提并论，称北齐是“主暗时艰，自毁藩篱之固。”“内令诸将解体，外为强邻报仇。”