稍有不慎便会满盘皆输。他不敢与大臣商议，只能找身边最信任的宦官。当时，桓帝最信任的宦官有五个：单超、徐璜、具瑗、左悺、唐衡。这五人都曾因小事被梁冀羞辱，对梁冀心怀怨恨。
一天，桓帝借口“如厕”，避开了梁冀的眼线，将单超、左悺召到厕所里。他关上厕所门，压低声音说：“梁冀专权跋扈，杀朕的宠妃，害朕的忠臣，朕想除掉他，你们愿意帮朕吗？”单超、左悺又惊又喜，连忙磕头：“臣等早就想除掉梁冀，只是怕陛下没有此意！若陛下下定决心，臣等愿效死力！”桓帝见二人同意，又召来徐璜、具瑗、唐衡，五人在厕所里约定共同铲除梁冀。
为了确保计划成功，桓帝与五名宦官做了周密的部署：首先，由具瑗率领宫中禁军，控制皇宫大门，防止梁冀的亲信入宫；其次，由单超起草诏书，宣布梁冀的罪状，罢免其大将军之职；最后，由左悺、唐衡带领禁军，包围梁冀的府邸。
延熹二年八月丁丑日，桓帝按照计划行动。具瑗率领一千余名禁军，突然关闭了皇宫的所有大门，将梁冀在宫中的亲信全部逮捕。单超则手持诏书，来到朝堂之上，宣读梁冀的罪状：“大将军梁冀，弑杀质帝，诬陷忠良，搜刮民财，图谋不轨，罪该万死！”大臣们早已对梁冀恨之入骨，见桓帝终于动手，纷纷表示支持。
梁冀在府中得知消息后，顿时慌了手脚。他没想到，这个懦弱了十三年的桓帝，竟然敢对自己动手。他试图召集亲信反抗，却发现府外已经被禁军包围，亲信们要么被逮捕，要么早已逃跑。孙寿见大势已去，哭着对梁冀说：“我们作恶太多，如今是报应来了！”梁冀看着满府的金银财宝，又想到李固、杜乔的下场，知道自己难逃一死。当天傍晚，梁冀与孙寿一同自杀身亡。
梁冀自杀后，桓帝下令抄没梁家的家产。禁军在梁冀府中搜出了黄金三万斤、白银一百万斤、绸缎数千万匹，还有无数的珍宝、田宅、奴婢，总价值高达三十亿钱。这个数字，相当于当时东汉王朝半年的财政收入。桓帝将这些财富一半充入国库，一半赏赐给功臣和禁军，同时下诏减免天下百姓的赋税。
随后，桓帝开始清算梁冀的党羽。梁冀的家族成员，无论老少，全部被处死；与梁冀勾结的官员，从三公到州郡太守，共有三百余人被罢免或处死，朝堂为之一空。曾经权倾朝野的梁家，一夜之间灰飞烟灭。