永嘉五年（311年）五月二十七日，呼延晏先于刘曜、王弥、石勒等到达洛阳。二十八日，攻打平昌门。三十日，攻克平昌门，焚烧东阳门以及各府寺等房屋建筑。六月初一日，呼延晏因援兵未到，掳掠后撤退。晋怀帝在洛水安排准备了一些船只，准备向东逃难，呼延晏都将之焚烧。而王弥和刘曜也赶到了。永嘉五年（311年）六月十一日，王弥、呼延晏攻克宣阳门，进入南宫，登上太极前殿，放纵士兵大肆抢掠。怀帝出华林园的门，想逃奔长安，敌军追上把他抓住，囚禁在端门。刘曜从西明门进城到武库驻扎。十二日，刘曜杀死晋太子司马诠等人，士人百姓死了三万多人。于是又挖掘各个陵墓，把宫庙、官府都焚烧光了。汉军攻陷洛阳，羊献容皇后被俘，被刘曜强纳为妾。把晋怀帝以及皇帝专用的六方玉玺都送往平阳。
永嘉六年（312年），安定太守贾疋迎立秦王司马邺为太子，却传来晋怀帝遇害消息。司马邺遂登位为愍帝，改元建兴，都长安。
史书载晋怀帝永嘉年间（307年―311年），丧乱更甚。雍州以东的百姓多数饥饿乏困，相互变卖儿女，奔走逃亡流离迁移的，多不胜数。幽、并、司、冀、秦、雍等六个州闹大蝗灾，草木以及牛马的毛都没有了。又遇到疾疫，加上饥荒。百姓又被强盗杀害，漂流的尸体布满河面，白骨遮蔽田野。
建兴元年（313年3月14日），晋怀帝司马炽为刘聪所毒杀，时年三十岁。