之后，太子顺利继位后，他重用东林党，左光斗就此升任左都御史，负责监察百官，他的政治生涯也达到辉煌时期。
可是，朱由校即位不久后，开始疏远东林党，信任起魏忠贤来。
魏忠贤权力在手，开始胡作非为。
杨涟上了一份奏章，揭发魏忠贤二十四条罪状。
左光斗等七十余人大力支持他，草奏弹劾忠贤等三十二斩罪，但朱由校皆不信。
魏忠贤反诬陷杨涟等六君子接受熊廷弼的贿赂，判定杨涟、左光斗各坐赃二万，魏大中三千。
之后，左光斗被捕下狱，受酷刑折磨，史载“五日一审，裸.体受拶、夹、棍等刑，不能跪起，平卧堂下受讯”。
他在狱中的记载，方苞的《左忠毅公逸事》记载得很详细，说左光斗被下厂狱后，史可法朝夕在狱门外，担心着自己的老师，想着救自己的老师。
然而，阉逆防犯甚严，就是家仆都不得近前。
不久，左光斗被炮烙，旦夕且死。
史可法听闻之后，持五十金，涕泣谋于禁卒。
禁卒大受感动，让史可法换上烂衣服，穿着草屦，背着筐，手拿长镵，扮成打扫卫生的人，这才得以进去。
禁卒偷偷指左光斗关押的地方，史可法看去，见老师席地倚墙而坐，面额焦烂不可辨认，左膝以下，筋骨尽脱，真是惨不忍睹！
史可法向前跪抱左光斗的膝盖而呜咽下泪。
左光斗辨别出他的声音，然而，他的眼睛睁不开了，但他仍奋臂以手指拨眦，露出目光如炬，大怒骂史可法说：“庸奴!此何地也，而汝来前!国家之事糜烂至此，老夫已矣，汝复轻身而昧大义，天下事谁可支拄者？不速去，无俟奸人构陷，吾今即扑杀汝!”说着，摸地上刑械，作投击势。
史可法吓得噤不敢发声，只有哭着出去了。
后来，史可法每次说起这事，就哭着说：“吾师肺肝，皆铁石所铸造也。”
左光斗就这样在狱中被杀了！
后来，史可法带兵的时候，每有警报，就数个月不睡在床上，派将士更休，而他自己坐在幄幕外。
他选择健卒十人，令二人蹲踞而背靠着背，一有什么风吹草动，立即可以起来战斗。
每次寒夜起立，史可法必定振衣裳，使甲上冰霜迸落，铿然有声。
有人劝他休息，史可法感叹说：“吾上恐负朝廷，下恐愧吾师也！”
左光斗，用他的精神，号召着史可法继续战斗着！
后来史可法宁死不降，成为民族英雄，可以说，就是受到了左光斗精神的感召！
南明福王弘光时，为左光斗平反，谥“忠毅”。
忠毅二字，足以概括左光斗的一生！