یزدگرد پس از شکست سنگین ارتش ایران در جنگ نهاوند جز عنوان پادشاهی چیزی نداشت، ناگزیر از این شهر به آن شهر می رفت. سپهبد طبرستان طی نامه ای از یزدگرد درخواست کرد تا به طبرستان برود و در آنجا با کمک و همکاری دیلمیان جنگ را با مسلمانان ادامه دهد. شاید اگر یزدگرد سوم دعوت دیلمیان را می پذیرفت می توانست خود را در پناه کوه های بلند دماوند حفظ کند و نیروی های خویش را از گزند مسلمانان در امان نگاه دارد، همانطور که سپهبدان طبرستان توانستند بیش از یک قرن پس از متلاشی شدن ارتش ایران و سقوط ساسانیان، استقلال خویش را از دسترس هجوم مسلمانان در امان نگاه دارند. اما یزدگرد سوم دست یاری سپهبد طبرستان را نفشرد و خراسان را به طبرستان ترجیح داد.
یزدگرد سوم در این هنگام به همراه برادر رستم فرخزاد، یعنی، خره زاد فرخزاد و سپاهی کوچک مرکب از سوار و پیاده ساسانی به سوی خراسان می رفتند. در این زمان در هر یک از شهرهای ایران یک نفر به پادشاهی برخاسته بود و خود را شاه نامیده بود و کوشش یزدگرد برای جلب کمک و همدستی با فرمانروایان محلی که از استقلال برخوردار بودند، به جایی نرسید.
یزدگرد سوم در سال ۶۳۷ میلادی با فرستادن فیروز پسرش (فیروز سوم ) به کشور چین، از امپراتوری چین یاری و کمک خواست، از بخت بد یزدگرد امپراتور چین که با ساسانیان روابط حسنه داشت درگذشت و امپراتور جدید نیز میل چندانی به جنگ نداشت و دوری راه را بهانه کرده و از کمک به امپراتوری ساسانی سرباز زد.
یزدگرد سوم از نیشابور به طوس رفت، ولی مرزبان طوس که میل نداشت او را پناه دهد، ضمن تقدیم کردن هدایایی بسیار اظهار داشت که دژ طوس گنجایش سپاه شاه را ندارد، پس یزدگرد سوم ناچار رو به مرو نهاد. مرزبان مرو در آن دوره شخصی به نام ماهوی سوری بود. ماهویه مرزبان مرو که خود را مستقل میدانست می‌خواست از شر این مهمان ناخوانده خلاص شود، به فرمانروای شهر بادغیس که تابع یبغو (لقب باستانی امرای کوشانی) که نیزک طرخان نام داشت، نامه نوشت و خبر داد که یزدگرد سوم به فرار پیش وی آمده و از طرخان دعوت کرد که تا با همدستی یکدیگر یزدگرد سوم را اسیر کنند و یا بکشند یا بر سر پادشاه با مسلمانان صلح کنند. ماهویه سوری از طرخان فرمانروای شهر بادغیس خواست که به یزدگرد سوم نامه بنویسد و ترتیبی دهد که سپاه خره زاد فرخزاد و سپاهش از اطراف او دور بشوند. قرار بر این شد که در این نامه ذکر شود که طرخان قصد دارد با یزدگرد سوم بر ضد مسلمانان همکاری کند و در دفع آنها با او متحد شود. طرخان به یزدگرد نامه نوشت که قصد دیدار او را دارد اما شرطی دارد که اول باید یزدگرد، خره‌زاد فرخزاد(برادر رستم فرخزاد) را از خویش دور کند. چون نامه به دست یزدگرد سوم رسید، بزرگان شهر مرو را خوانده و با آنان به مشورت پرداخت.
در این مجلس یکی از بزرگان ایران به نام سنگان گفت: «نظر من این است که به هیچ وجه خره زاد فرخزاد و سپاهش را از خود دور نکنی.» اما ماهویه سوری به نیرنگ گفت «نظر من این است که دست دوستی نیزک طرخان را که به سویت دراز شده است را بفشاری و با سپاه بزرگ وی به مسلمانان بتازی و تیسفون و ایالات از دست رفته را باز پس گیری.» یزدگرد سوم که بسیار بی تجربه بود نظر ماهویه را پذیرفت و به فرخزاد که در آن مجلس حضور داشت دستور داد همراه سپاه تیسفون به سرخس برود و در آن شهر منتظر دستور بعدی پادشاه بمانند. فرخزاد با شنیدن این حرف بشدت با نظر پادشاه مخالفت کرد او که سرداری با تجربه و سرد و گرم چشیده بود به ماهویه پرخاش کرد و گفت «من یقین دارم که شما قصد دارید، پادشاه را بکشید.» فرخزاد هرمز به هیچ وجه حاضر به ترک یزدگرد نبود او همواره این خطر را به یزدگرد سوم گوشزد می کرد و می گفت که تا پای جان همراه پادشاه ایران خواهد ماند و او را ترک نخواهد کرد. اما یزدگرد سوم که تصمیم خود را گرفته بود به دست خط خود نامه ای به این مضمون نوشت: «من یزدگرد، پادشاه ایران خود شهادت می‌دهم که تو دِین خود را به خاندان ساسانی ادا کرده و یزدگرد و خانواده اش را به ماهویه سوری، مرزبان مرو سپردی.» پس از آن که خره زاد فرخزاد نامه را یزدگرد دریافت کرد با آن که نمی خواست یزدگرد را ترک گوید، خود را ناچار در اطاعت پادشاه دید.
پس از جدا شدن خره زاد فرخ و سپاهش از یزدگرد سوم ، که به سوی شهر سرخس رفتند،طرخان که خیالش از سپاه تیسفون راحت شده بود؛ ناگهان به مرو حمله کردند.
یزدگرد و سپاهیان مرو به فرماندهی ماهوی سوری (که در نهان با لشکر طرخان بود) به مقابله با آنان شتافت . یزدگرد سوم در این جنگ شهامت ها و دلاوری های زیادی از خود به نمایش گذاشت و بسیاری از سپاهیان طرخان کشته شدند و ماهوی سوری چون دید سپاه طرخان در حال شکست خوردن است، ناگهان یکی از جناحین سپاه یزدگرد را خالی کرده و به سپاه طرخان پیوست و سپاه مرو شکست خورد و یزدگرد سوم توانست با هوشیاری از مهلکه توانست جان سالم به در ببرد.
پس از آن که یزدگرد سوم توانست از میدان نبرد بگریزد، هنگام شب به رودخانه‌ای رسید که آسیابی در آن بود و تصمیم گرفت دو شب در آنجا بماند تا بتواند در فرصت مناسبی خود را به شهر سرخس و به سپاه تیسفون برساند. چابک سواران ماهوی سوری که در جستجوی وی بودند برای سر پادشاه مژدگانی تعیین کرده بودند.
یک روز صاحب آسیابان که خسرو نام داشت به طور اتفاقی مردی را که در حال خواب بود در آسیاب پیدا کرد و با دیدن لباس های گران بها و طلاها فهمید که این مرد باید یزدگرد سوم پادشاه ایران باشد. او بلافاصله خبر او را به چابک سوارن ماهوی سوری داد. آسیابان را به پیش ماهویه بردند و در این هنگام موبدی هم در قصر ماهویه بود. ماهویه دستور داد که سر یزدگرد را بریده و نزد او بیاورند. موبد مذکور گفت «حق این کار را نداری. چون آیین و شاهی به هم پیوسته است و یکی بی‌دیگری پایدار هیچ نماند. اگر چنین کنی حرمت را شکسته‌ای.» بزرگان دیگری هم که آنجا حضور داشتند، این کار ماهوی را فجیع شمردند اما ماهویه گفت «هر کس چیزی بگوید خونش را خواهم ریخت.» ماهویه یک گروه زبده را برای کشتن یزدگرد سوم فرستاد. آن گرون با سرعت خود را به آن آسیاب رساندند ولی چون شاه ساسانی را در خواب دیدند، بی اختیار بر خود لرزیدند و جرات کشتن او را در خود ندیدند، بنابراین به آسیابان گفتند «تو برو او را بکش.» آسیابان به آرامی پیش یزدگرد رفت، یزدگرد که در خواب عمیقی فرو رفته بود به هیچ وجه متوجه حضور کسی در آنجا نشد. آسیابان با سنگ بزرگی بر سر یزدگرد کوفت و آنگاه سر او را با تبرزین برید و به فرستادگان ماهویه تحویل داد و جسد یزدگرد را نیز را در رود انداخت. مردم شهر مرو پس از آگاهی از شکته شدن یزدگرد به دست آسیابان، به خانۀ او رفته او را کشته و خانۀ او را با خاک یکسان کردند.
ثعالبی گوید:” بعد از آن که آن آسیابان جسد یزدگرد سوم را به رود انداخت، آب او را با خود برد تا به جدولی که زریک نامیده می شد، به شاخۀ درختی گیر کرد. فرمانروای مسیحی این شهر ایلیا نام داشت، او جسد یزدگرد را از آب گرفته و در پارچه ای مشک آلود پیچیده و در باغ سر سبزی به خاک سپرد.” مرگ یزدگرد سوم ده سال پس از نبرد نهاوند، یعنی سال ۶۵۲ میلادی رخ داد. با وفات او، که تا آخرین نفس برای نجات ایران و ایرانیان کوشید، امپراتوری ساسانی هم سقوط کرد. هنوز زرتشتیان هندوستان هر ساله در ۲ سپتامبر به مناسبت بر تخت نشستن او که مبدا تقویم یزدگردی است، سال نو خود را به نام یزدگرد سوم آغاز می کنند.
یزدگرد سوم هنگامی که توسط رستم فرخزاد بر تخت نشست ۱۱ ساله بود، در نبرد نهاوند ۲۴ سال داشت و به سال ۶۵۲ میلادی که در مرو به دست آسیابان کشته شد، بیش از ۳۴ سال از عمرش نمی گذشت. به راستی که یزدگرد سوم پادشاهی بدبخت بود، چرا در دوران سلطنت او چراغ استقلال و عظمت ملتی بزرگ و کهنسال به خاموشی گرایید، اگرچه پس از گذشت 200 سال از آن زمان دیلمیان به پا خواستند و با اعراب جنگیدند ولی آنان هرگز موفق به بیرون راندن اعراب مسلمان نشدند تا اینکه مغول ها آنان را سرنگون کردند. امپراتوری ساسانی که پس از سقوطش دیگر نظیر آن را در ایران ندیدیم، همانند روح بزرگی بود که در پیکری به مراتب کوچک تر از ظرفیت خود دمیده شده بود.
نمی توان یزدگرد سوم را به خیانت متهم کرد چرا که در آن دوره همه چیز دست به دست هم داد تا امپراتوری ساسانی سقوط کند، از شانس و اقبال گرفته تا خیانت بزرگان ایران. با مرگ یزدگرد سوم در سال ۶۵۲ میلادی، سلسلهٔ ساسانی پس از ۴۲۶ سال، در ایران منقرض گردید.