张汤经过深入追查后，很快便查明了楚服等人帮助陈皇后施展巫蛊邪术的事实。当张汤将陈皇后和楚服等人的所作所为上奏汉武帝后，本就对神鬼之道极为迷信的刘彻顿时大怒，当即以“大逆无道之罪”，下令将楚服等为陈皇后施展巫蛊之术的女巫们全部押赴闹市枭首，与案有牵连且被诛杀者多达三百余人。
同年七月，汉武帝命有司赐皇后一道策书，“皇后失序，惑于巫祝，不可以承天命。其上玺绶，罢退居长门宫”。至此，位居皇后之位十一年的陈皇后被废。
母亲去世，女儿如今又被废，曾经骄横无比，多有违法之事的馆陶公主刘嫖顿感恐惧，连忙入宫向汉武帝叩头请罪，刘嫖毕竟对汉武帝有拥立之恩，汉武帝也不愿将事情做得太绝，于是安慰道，“皇后行为不符合大义，我这才不得不将她废除，还请你不要因轻信闲言而忧虑恐惧。再说了，皇后虽然被废，但仍然会依照法度受到优待，居住在长门宫与居住在上宫实际上并没有什么区别”，刘嫖这才失魂落魄的离开皇宫。
这边陈皇后被废，那边已经承宠十年的卫子夫却在半年后再度怀孕，并于元朔元年（前128年）春，为已经即位十二年、时年二十九岁的汉武帝生下了第一个皇子刘据，汉武帝得知消息极度高兴，不仅诏令善为文者枚皋及东方朔作《皇太子生赋》及《立皇子禖祝》，更是下令举朝庆贺。
在举朝欢庆之中，时为中大夫的主父偃上书请立卫子夫为皇后，汉武帝欣然准奏。元朔元年（前128年）三月，卫子夫正式被册立为皇后。
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