Đinh Tiên Hoàng có con trưởng là Đinh Liễn, nhưng ông lại lập con út Hạng Lang làm Thái tử. Vì vậy đầu năm Kỷ Mão 979, Đinh Liễn tức giận sai người giết Hạng Lang. Theo chính sử, tháng 11 (âm lịch) năm đó, một viên quan là Đỗ Thích, mơ thấy sao rơi vào miệng, tưởng là điềm báo được làm vua nên đã giết chết cả Đinh Tiên Hoàng và Đinh Liễn.
Về vụ ám sát này, hiện nay giả thuyết được nhiều nhà nghiên cứu nhắc đến nhất là: Đỗ Thích không phải là thủ phạm giết vua. Theo nhà giáo Hoàng Đạo Thuý và một số nhà nghiên cứu hiện nay, Đỗ Thích không thể làm chuyện này. Thích chỉ là một viên hoạn quan, chức nhỏ, sức mọn, không hề có uy tín hay vây cánh. So với Thích, trong triều có các bạn của vua Đinh như Nguyễn Bặc, Đinh Điền, Lưu Cơ,… đều nắm trọng quyền, đủ cả văn lẫn võ. Vì vậy ông không thể mơ tưởng việc sẽ khuất phục được các đại thần nhà Đinh để ngồi yên trên ngai vàng.
Giả thuyết này rất có cơ sở, căn cứ vào việc Lê Hoàn làm Phó vương khi Đinh Toàn lên ngôi, cấm cố họ Đinh cùng với việc các trung thần Nguyễn Bặc, Đinh Điền, Phạm Hạp khởi binh chống Lê Hoàn có thể là những biểu hiện cho thấy mưu đồ thoán đoạt của Lê Hoàn. Ngày nay, số đền thờ các trung thần này rất nhiều so với vài đền thờ Lê Hoàn và thái hậu họ Dương. Các nhà nghiên cứu có đặt giả thiết là hành động của Lê Hoàn có sự trợ giúp của Dương Vân Nga. Trong bối cảnh cung đình của nhà Đinh lúc ấy có 3 hoàng tử, trưởng là Liễn, thứ là Toàn, út là Hạng Lang. Liễn là con trưởng, có nhiều công lao; Hạng Lang lại được vua yêu nên đã lập làm thái tử dù mới lên 4 tuổi, khó có thể bộc lộ những phẩm chất cao siêu hơn Đinh Liễn. Tiên Hoàng lại có những 5 hoàng hậu; có thể đã xảy ra cuộc đua ganh giữa 5 hoàng hậu về tương lai của ngôi thái tử. Trong cuộc đua ganh này, Dương hậu đã chọn Lê Hoàn làm chỗ dựa. Sau sự kiện Đinh Liễn giết Hạng Lang, Đinh Tiên Hoàng không xử phạt Đinh Liễn mà vẫn dự định để Liễn nối nghiệp. Có thể điều này làm phật ý Dương hậu khi bà cho rằng trước đã đặt Hạng Lang trên Liễn thì nay Liễn cũng phải ở dưới Toàn; và Dương Hậu đã cùng Lê Hoàn hành động