鄧艾不驕矜、不伐功，一心籌畫滅吳之策，他的種種建議實具遠見卓識。然而他擅自承制拜官，已經讓司馬昭不高興，這時又提出留兵蜀中，引起司馬昭的猜疑。
於是司馬昭卻讓監軍衛罐告誡鄧艾：“事當須報。不宜輒行”(《三國志·魏書·鄧艾傳》)。
鄧艾不以為然，再次上言，說：“銜命征行，奉指授之策，元惡既服；至於承制拜假，以安初附，謂合權宜。今蜀舉眾歸命，地盡南海，東接吳會，宜早鎮定。若待國命，往覆道途，延引日月。《春秋》之義，大夫出疆，有可以安社稷，利國家，專之可也。今吳未賓，勢與蜀連，不可拘常以失事機，兵法，進不求名，退不避罪，艾雖無古人之節，終不自嫌以損於國也”(《三國志·魏書·鄧艾傳》)。
而鍾會、胡烈、師纂等人見鄧艾居功自恃，乘隙向司馬昭誣告其謀反，說他作的事情悖逆不道，已經露出叛亂的苗頭。於是，朝廷下詔書派監軍衛罐逮捕鄧艾父子，用檻車將其送到京都來。景元五年(264年)正月十五，鍾會抵達成都，將鄧艾押往洛陽。這時，鍾會麾下有魏、蜀軍隊二十餘萬。鍾會排除了有滅蜀大功的鄧艾，又掌握龐大的遠征軍，遂密謀反叛。司馬昭對鍾會懷有野心早有戒備，遣中護軍賈充率1萬步騎入蜀進占樂城，隨即親率10萬大軍進駐長安，使鍾會措手不及。鍾會遂扣押魏軍所有將領，並出示廢黜司馬昭的所謂太后遺詔，蜀降將姜維慫恿鍾會誅殺被扣將領，預謀趁機殺掉鍾會，恢復蜀漢。因鍾會遲疑而訊息泄露，十八日中午，護軍胡烈之弟胡淵率烈部眾擂鼓吶喊而出，各營官兵為營救本部將領也一起回響，蜂擁殺入蜀宮，被拘宮內的將領們衝出與其部眾會合。雙方在宮城內外展開激戰，斬姜維、鍾會及部眾數百人，殺蜀太子劉璇和姜維妻子。魏軍大肆掠劫，後由監軍衛瓘收拾穩定局勢，因其參與誣諂鄧艾，遂派護軍田續追殺鄧艾父子於綿竹(今四川德陽)西。鄧艾在洛陽的餘子也被誅殺，鄧艾妻和孫子被發配到西城。
當初，鄧艾要伐蜀時，夢見坐在山上，旁有流水，便去向殄虜護軍愛邵請教。愛邵說：“按照《易》卦，山上有水叫蹇卦。蹇利西南，不利東北。您這次去一定能攻克蜀國，但也許回不來了呢!”鄧艾茫然若失。
鄧艾的死，實在冤枉。泰始元年(265年)，晉王朝取代了魏。下詔書說：“昔太尉王凌謀廢齊王，而土竟不足以守位。征西將軍鄧艾，矜功失節，實應大辟。然被書之日，罷遣人眾，束手受罪，比干求生遂為惡者，誠復不同。今天赦得還，若無子孫者聽使立後，令祭祀不絕”(《三國志·魏書·鄧艾傳》)。
泰始三年(267年)，議郎段灼上書，替鄧艾不平，書曰：“艾心懷至忠而荷反逆之名，平定巴蜀而受夷滅之誅，臣竊悼之。借哉，言艾之反也!艾性剛急，輕犯雅俗。不能協同朋類，故莫肯理之。臣敢言艾不反之狀。昔姜維有斷隴右之志，艾修治備守，積穀強兵。值歲凶旱，艾為區種，身被烏衣，手執耒耜，以率將士。上下相感，莫不盡力。艾持節守邊，所統萬數，而不難仆虜之勞，士民之役，非執節忠勤，孰能若此?故落門、段谷之戰，以少擊多，摧破強賊。先帝知其可任，委艾廟勝，授以長策。艾受命忘身，束馬懸車，自投死地，勇氣陵雲，士眾乘勢，使劉禪君臣面縛，叉手屈膝。艾功名以成，當書之竹帛，傳祚萬世。七十老公，反欲何求。艾誠恃養育之恩，心不自疑，矯命承制，權安社稷；雖違常科，有合古義，原心定罪，本在可論。鍾會忌艾威名，構成其事。忠而受誅，信而見疑，頭懸馬市，諸子並斬，見之者垂泣，聞之者嘆息。陛下龍興，闡弘大度，釋諸嫌忌，受誅之家，不拘敘用。昔秦民憐白起之無罪，吳人傷子胥之冤酷，皆為立祠。今天下民人為艾悼心痛恨，亦猶是也。臣以為艾身首分離，捐棄草土，宜收屍喪，還其田宅。以平蜀之功，紹封其孫，使闔棺定謚，死無餘恨。赦冤魂於黃泉，收信義於後世，葬一人而天下慕其行，埋一魂而天下歸其義，所為者寡而悅者眾矣”(《三國志·魏書·鄧艾傳》)。