虎賁郎將司馬德戡是楊廣的寵將，在江都混得不錯，但還是想逃回關中。他拉著虎賁郎將元禮和楊廣多年的貼身侍衛、直閣裴虔通兩人一起密謀西歸。三人又輾轉拉上了內史舍人元敏、虎牙郎將趙行樞、勳侍楊士覽等人同謀，商量怎麽才能既避免楊廣的追殺，又突破各地起義軍的攔截，安全地逃回家去。司馬德戡這個小團夥一開始還偷偷摸摸地聚會，後來人越聚越多，上頭也沒有過問，就堂而皇之地公開議論叛逃的事情了。
有一個宮女聽到司馬德戡一夥人的商議後，趕去報告蕭皇後：“外間有人謀反。”蕭皇後說：“你直接報告給皇上。”宮女就跑去向楊廣匯報。楊廣聞言大怒：“你一個宮女，知道什麽國事，到處妖言惑眾！”結果這個可憐的宮女被活活打死了。自此以後，宮中再也沒人敢說外麵的消息了——盡管太監宮女們都知道司馬德戡等人的活動進展情況。
司馬德戡一夥人商量來商量去，決定在大業十四年（618）三月十五日結伴西歸。趙行樞和宇文智及的交情很深，而楊士覽又是宇文智及的外甥，兩個人就找他密謀，把司馬德戡的決定全盤托出。
宇文智及想了想，說：“楊廣雖然無道，威力尚在，你們擅自逃走，恐怕也會落得竇賢那樣的下場。”
趙行樞二人忙問：“那如何是好？”
宇文智及神秘地說：“隋亡已成定局，方今英雄並起。我看同心西歸者已達數萬人之多，因行大事，此乃帝王之業也。”說完，他做了一個拔刀的手勢。
趙行樞和楊士覽麵麵相覷，傻了。他們敢成幫結隊地開小差，謀劃逃亡，但要說殺了楊廣，推翻隋朝，他們還真沒這個膽。愣了半天，趙行樞才說：“欲行大事，必有一主帥。我等幾個，人微言輕，難當重任。看來隻有宇文公兄弟，才能擔此重任。”他把皮球踢給了宇文智及。
宇文智及暗暗高興，表麵卻大驚失色，說：“這等重任，我還沒有想過。我先前隻是想和你們圖謀救命罷了。”趙行樞就勸他答應，勸了良久，宇文智及說要找兄長宇文化及商量一下。趙行樞趕忙跑出來，把宇文智及的意思告訴司馬德戡等人。大家覺得這個方法不錯，直接幹掉楊廣，大張旗鼓地率領大部隊回關中去，安全係數高，而且也威風。於是，司馬德戡一夥人約上宇文智及，一起到宇文化及的住處，要推他為首，發動政變。
宇文化及早有謀反之心，當即答應了。於是，一個以宇文化及、司馬德戡、裴虔通、宇文智及、趙行樞為核心的陰謀團體產生了，這個團體還包括鷹揚郎將孟景，內史舍人元敏，符璽郎李覆、牛方裕，千牛左右李孝本、弟弟李孝質，直長許弘仁、薛世良，城門郎唐奉義，醫正張愷，等等。這份團體名單，幾乎囊括了楊廣身邊各個部門、不同級別的大臣，可見楊廣眾叛親離到了何種程度。
接著，司馬德戡等人到處散布謠言，說楊廣知道關中和其他北方將士們有心叛逃，準備了毒酒，計劃借犒軍的機會毒死大家，隻留南方籍的將士。近衛官兵們本來就人心惶惶，很自然地相信了謠言，恐懼起來。恐懼情緒相互傳染，使全軍都有了謀反自救的念頭。
大業十四年（618）三月初十日深夜，司馬德戡、宇文智及等人率兵在江都東城放火，宣告起事。
楊廣在宮中第一時間看到了火光，隱約聽到宮外人聲喧囂，就叫貼身侍衛詢問情況。裴虔通這天值班，謊稱是城內草坊失火，軍民正在救火。楊廣還是晉王的時候，裴虔通就是楊廣的侍衛，深受信任。聽了裴虔通的謊話後，楊廣不再在意火光，睡覺去了。
司馬德戡集團逐漸控製了江都城，在五更時分殺入皇宮。皇宮守衛一觸即潰，亂軍直奔楊廣的寢宮而去。楊廣知道情況有變，換上普通服裝逃到西閣躲藏起來。司馬德戡沒捉到楊廣，拉過一個美人逼問。很快，美人告發了楊廣的去處。校尉令狐行達持刀直入西閣，楊廣知道自己被發現了，隔著窗子喝問：“你敢弑君？”
令狐行達被嚇住了，說：“臣不敢。將士思歸，臣等想奉迎陛下西歸京師。”
楊廣解釋說：“朕也一直想回關中，先前因為糧食未到，沒能成行，現在朕便和你們一起還於京都。”楊廣以退為進，主動示弱，亂軍反而不知如何是好。
混亂中，有人牽來一匹馬，請楊廣上馬去見百官。形勢如此危急，但楊廣看到馬鞍敝舊，還要求造反的士兵找來一副新馬鞍換上。之後，他才上馬，由士兵挾刃牽著韁繩，被押到眾將麵前。
宇文化及遠遠看到手下牽著騎乘高頭大馬的楊廣過來，忙揮手喊道：“你們把這個人拉出來有什麽用，殺掉算了。”宇文化及不愧是宇文述的兒子，政治經驗豐富，狠毒，敢幹。政變勝利了，要推翻的楊廣安然無恙地被拉了出來，如何處置？這是費心費力的麻煩事，還不如直接殺掉算了，簡單明快，大家也方便。
一幹人等又把楊廣押回寢宮。裴虔通等人執刀站在一旁，商量怎麽“做”掉楊廣。
楊廣問：“我有什麽罪，你們如此對我？”
造反的軍官馬文舉說：“楊廣，你拋棄社稷，四處巡遊，不停地騷擾百姓。登基以來，征戰無數，驕奢**逸，害多少百姓死於溝壑之中？如今民不聊生，盜賊蜂起，生靈塗炭，這都是你的罪過。你不知悔改，繼續寵信小人，文過飾非，竟然還敢說自己沒罪！”
這頓臭罵讓楊廣半天無話可說，過了一會兒才說道：“我的確有罪，愧對天下百姓，但我並沒有虧待你們這些人。你們生活安逸富貴，為什麽要這樣對我？今天之事，何人為首？”
司馬德戡應聲說：“陛下多行不義，天怒人怨，想殺你的何止一人？臣等平日的確受你寵幸，現在這麽做確實有負陛下。當今天下大亂，兩京失陷，我等欲歸無路，求生無門。隻好借陛下的腦袋以謝天下，謀得一條生路。”
楊廣再次無話可說，突然看到封德彝也站在造反隊伍中，苦笑著問：“愛卿是讀書人，怎麽也摻和這種事？”封德彝羞愧得滿臉通紅，悄然退了出去。
楊廣平日最寵愛幼子趙王楊杲。楊杲當時年僅十二歲，現在也被押到楊廣身旁。小孩子沒見過真刀真槍和等待審判的景象，嚇得號啕大哭。裴虔通心裏正煩，隨手抽刀將楊杲殺死。小兒子的鮮血濺了楊廣一身，他馬上泣不成聲。
一行人商量來商量去，決定用刀殺死楊廣。
楊廣卻不同意，掙紮道：“你們這群無知小人，諸侯之血入地，田地要大旱三年；天子之首落地，你們知道會有什麽後果？天子有天子的死法，不能死於鋒刃。你們速速去取毒酒來！”楊廣這是想留個全屍。楊廣此前隱隱感覺到自己有人頭落地的危險，準備了一個盛有毒藥的小瓶。他把小瓶交給身邊姬妾，要求一旦宮中失事，自己帝位不保，姬妾們必須服毒先死，自己隨後服毒。但江都兵亂事起倉促，左右姬妾已經逃散，亂軍一時找不到毒藥。
令狐行達急了，上前就要對楊廣動粗。楊廣擺擺手，無奈自己解下白練巾，遞給令狐行達。令狐行達招呼軍官於弘達上前，一起將絲巾纏到楊廣的脖子上，各自用力一絞。楊廣頓時氣絕身亡，時年四十九歲。
楊廣之死，是相當慘烈的。不過曆代都沒有人同情楊廣，反而一致譴責他是咎由自取。《隋書》評價道：
土崩魚爛，貫盈惡稔，普天之下，莫非仇讎，左右之人，皆為敵國。終然不悟，同彼望夷，遂以萬乘之尊，死於一夫之手。億兆靡感恩之士，九牧無勤王之師。子弟同就誅夷，骸骨棄而莫掩，社稷顛隕，本枝殄絕，自肇有書契以迄於茲，宇宙崩離，生靈塗炭，喪身滅國，未有若斯之甚也。
最後還引用《尚書》的“天作孽，猶可違；自作孽，不可逭”，以及《左傳》的“吉凶由人”“妖不自作”“夫兵，猶火也；弗戢，將自焚也”，作為印證。
楊廣死後，蕭皇後令宮人拆床板做了大小兩副棺材，將楊廣和趙王楊杲的屍體收斂。宇文化及將楊廣草草埋葬在吳公台下。史載：“發斂之始，容貌若生，眾鹹異之。”李淵平定江南之後，將楊廣改葬雷塘。有人寫了“楊廣陵”三個字，但楊廣的墳墓並沒有按照帝王陵墓規製建造和維護，很快荒草萋萋，淪為土丘，鮮有人去憑吊懷古。後人往往稱楊廣為“暴廣”或者幹脆就稱“逆”，眾口一詞地痛罵，哪還會去憑吊他？
五代的羅隱是少數去雷塘懷古的名人，賦詩一首評價楊廣：
入郭登橋出郭船，紅樓日日柳年年。
君王忍把平陳業，隻博雷塘數畝田。
再回到宇文化及、司馬德戡等人要發動叛亂的時候，當時江陽縣長張惠紹連夜跑去報告了主管司法監察的裴蘊。裴蘊和張惠紹商量，決定偽造詔書征發城中的百姓為軍，然後說動碩果僅存的大將——榮國公來護兒——指揮軍隊鎮壓宇文化及等亂黨，救援楊廣。謀議已定，裴蘊派人把計劃告訴掌管機要的虞世基。
虞世基是處理公文的高手，卻不太清楚政治現實，懷疑造反舉報不實，不同意裴蘊等人的計劃。這一來一往，裴蘊、虞世基等人也沒商量出什麽結果，而宇文化及等人早已經率軍起事了。很快，裴蘊、虞世基、來護兒等人也被捉了，隋王朝白白喪失了一次自我拯救的機會。事後，裴蘊對自己的優柔寡斷非常後悔：“和糊塗蛋商量大事，怎能不誤事呢？”
江都政變的那個淩晨，裴矩也早早起來準備上朝，途中遇到亂軍。裴矩心想：完了，橫豎都逃不過死。誰想，造反的官兵們都念著裴矩給他們找老婆的好處，紛紛喊道：“不關裴黃門的事。”裴矩就此躲過一劫。不久，他遇到了宇文化及率領百餘騎兵路過，便恭敬地迎拜，宇文化及也很客氣地安撫他，命他參與政變後的製度重建和顧問工作。
當時，留在江都的開皇重臣蘇威在民間的聲望很好，很清廉，而且長期沒有參與朝政了，宇文化及專門下令不許傷害蘇威。因為蘇威“名位素重”，亂軍對蘇威相當尊敬。蘇威就這麽僥幸逃過了災難。
在這場政變中，內史侍郎虞世基、禦史大夫裴蘊、秘書監袁充、大將來護兒、將軍宇文協、千牛宇文皛、梁公蕭巨等大臣被殺。在江都的皇族，包括廢蜀王楊秀與諸子、原漢王楊諒獨子楊顥、楊廣的兒子齊王楊暕，也都遇害。
楊廣長期生活在多疑猜忌之中，對任何人都不信任，都提防戒備。凡是他覺得有可能威脅到權力的宗室成員，都隨時帶在身邊。這是造成江都兵變時，近支皇族受戮眾多的原因。
楊廣和父親、兄弟的關係充滿了欺詐、表演和殺戮。他繼位後，和兒子、近親的關係也充滿提防。他曾冊立長子楊昭為皇太子，但兩年後，楊昭英年早逝。二皇子、齊王楊暕認為按順序應該立自己為太子。楊暕繼承了楊廣的許多特點，比如聰慧過人，又比如驕奢**逸。他和妻子的姊姊私通，又用迷信方術陷害大哥楊昭的三個兒子，等等。然而，楊昭去世後，楊廣卻再也沒有冊立太子，同時對楊暕時刻警誡，派人監視其一舉一動。他聽說楊暕擺宴飲酒，就猜測他是不是偷偷做了什麽事；聽說楊暕憂愁憔悴，又想他是不是別有企圖。楊廣擔心楊暕發動政變，便嚴格限製楊暕身邊的人，配備給他的隨從都是老弱之人。結果，楊暕整天擔驚受怕，唯恐父皇要殺自己。
當亂兵衝進宮廷時，楊廣的第一反應是對蕭皇後說：“莫非是楊暕作亂！”可見他們父子疏遠猜忌到了何種程度。宇文化及縊殺楊廣後，又派人捕殺齊王楊暕。楊暕在睡夢中被亂兵驚醒，第一反應也是父皇派人來逮捕自己。楊暕大叫：“使者且慢，我沒有做對不起國家的事。”亂兵才不管這些，把楊暕和他的兩個兒子拉到街上殺了。楊暕到死可能都以為是父皇楊廣要殺自己，死時三十四歲。