祭祀仪式后不久，刘娥忽染寒疾，病得十分沉重，以致卧床不起。宋仁宗遍召天下名医，诣京诊治，始终无效。
刘娥临死之时，已经说不出话来，却还用手牵扯她自己的衣服，好像有所嘱托。宋仁宗看了不免怀疑，却不明原因。
参知政事薛奎说：“太后想必是穿了兖冕，不便见先帝于地下。”宋仁宗恍然大悟，于是给刘娥换上皇后的服装殓葬。太后刘娥逾月而崩，葬于永定陵西北，时年六十四岁。
明道二年，时年二十五岁的赵祯，正式亲政。
直到此时，宋仁宗还是不知道刘娥并非自己的亲生母亲。刘娥生前，旁人都畏惧刘后，没人敢说。刘娥死了，谁又敢轻易去捅开这桩惊天大案？
这时候，一个被刘后压制多年的人站了出来，他就是赵元俨。
赵元俨，是宋太宗的第八子，太宗时期被封为周王，人称“八大王”，赵元俨为人正真刚毅。因宋仁宗即位后，刘太后临朝专政，赵元俨对其做法十分不满，因势单力薄，却也无能为力。赵元俨唯恐刘太后忌妒陷害自已，自称身体有病，不能上朝议事，终日闭门不出。
刘娥活着的时候，他无力与其争锋，但刘后一死，他立即迫不及待地赶去京师面见当今圣上。当时，刘娥留有遗命，要求宋仁宗善待乳母杨太妃，尊奉杨太妃为皇太后，与皇帝共同商议军国大事，让杨太妃继续垂帘听政。
早在刘娥垂帘听政时，就有许多大臣强烈上书要求将朝政还给宋仁宗，甚至许多大臣都因此而遭贬，范仲淹就是其中之一。
现在刘娥人死了不说，竟然还指定了垂帘听政的继承人，这无疑遭到了大臣们一致反对。御史中丞蔡齐说：“皇帝已长大成人，了解天下的情况，懂得治国的道理。现在应该独自掌管朝政，怎么可以让杨太后继续掌权呢？”
八大王赵元俨这时已到了京师，当众反对说：“启奏陛下，太后是皇帝母亲的名号，刘太后已是勉强，难道还要立杨太后吗？”
此言一出，满座皆惊，宰相吕夷简等人都面面相觑。众人都知道这是怎么回事，只是惊诧赵元俨竟然当众揭发了出来。
唯独宋仁宗还不明所以，听得一头雾水。赵元俨继续说：“陛下，治天下莫如孝，陛下临御十余年，却连自己的亲生母亲是谁都还不知道。不过，这也是我们这些当臣子的没有尽职的过错。臣等请求陛下治罪。”说完，当从跪下请罪，满朝文武百官纷纷跪下请皇上治罪。
宋仁宗大吃一惊，连忙追问原委。赵元俨说：“陛下是李宸妃所生，刘、杨二后，不过代育而已。”宋仁宗大惊失色，说：“叔父何不早言？”
赵元俨道：“先帝在日，刘后已经用事，至陛下登基，小人当道，内蒙外蔽，刘后又讳莫如深，不准宫廷泄漏此事。臣早思举发，只恐一经出口，谴臣尚不足惜，且恐有碍皇躬，并及宸妃。
臣十年以来，杜门养晦，不预朝谒，正欲为今日一明此事，谅举朝大臣，亦与臣同一观念。可怜宸妃诞生陛下，终身莫诉。就是当日身死，也有人说是刘后暗中谋害，死得极为可疑。”
赵元俨这话前半段都是事实，后半段却大有捕风捉影之嫌疑，且暗藏杀机。由此可见他被刘后压抑多年，胸中早就憋着一口恶气。
宋仁宗如遭五雷轰顶，半信半疑中向宰相吕夷简求证，得到证实后，立即号嚎大哭，悲痛不已，随即下诏自责，派人召来舅舅李用和，由他亲自去查验李氏的棺木。
因为赵元俨暗示李氏是被刘娥谋害，宋仁宗立即派御林军包围了刘氏家族的住宅，准备一旦证据确凿，就要对刘氏家族大开杀戒。
当宋仁宗亲自赶赴安放李氏灵柩的洪福院时，棺木已经打开，只见被水银保护起来的李氏穿戴着皇后的服饰，安详地躺在棺木中，容貌栩栩如生。宋仁宗亲眼所见，这才叹息道：“人言岂可尽信？诸位大臣冤枉太后了。”
随后下令撤除了包围刘宅的兵士，并在刘娥的遗像前焚香祷告，说：“从此太后平生分明矣。”
可以说，刘氏家族得以保全，完全是宰相吕夷简有先见之明。倘若当日刘娥一意孤行，坚持按宫人礼仪安葬李氏，她的身后之事及刘氏家族的命运真是不堪设想。
尽管知道了刘娥并非生母，但多年的养育之恩仍然让宋仁宗对其怀有深厚的感情。刘娥听政十二年，宋仁宗不能主政，一直生活在刘娥的阴影下，但宋仁宗亲政后对刘娥并无任何报复之心，刘太后在世时所实施的政策，也未有大的变动。
从前被刘娥贬谪的官员大多被召还朝，众人纷纷向宋仁宗控诉受当年受到刘太后的迫害和不公正待遇。
唯有范仲淹一人对宋仁宗说：“太后受先帝托付，协助陛下政事十余年，对陛下有教诲抚育之恩，现在应该掩盖她的微小过失，以保全她的大德。才是圣君之所为，可为万世之楷模。“
宋仁宗回答说：“爱卿所言极是，联这几日也常忆太后之恩德，我也不忍心听人讲太后的坏话。”于是下发诏书晓谕天下，太后贤德，今后不得再议论太后临朝之事。第二日，下诏，追尊生母李宸妃为皇太后，谥号为“庄懿皇后”。尊养母刘娥为“庄献明肃皇后”。