一番讯问之后，元佐承认是自己放的火。当审理的结果摆在赵光义的面前时，他对自己的这个曾经被他寄予厚望的儿子彻底失望了，他甚至都不想再跟赵元佐见面。他派遣大太监、入内都知王仁睿向赵元佐传达了他的口谕：“汝为亲王，富贵极矣，何凶悖如此？国家典宪，朕不敢私，父子之情，于此绝矣！”
面对赵光义当场与自己断绝父子关系，赵元佐的反应不是呜咽痛哭，而是沉默不语。作为父亲，赵光义在说出这番话时定然是悲愤难当，可元佐难道就不悲痛吗？如此重情之人对待自己的叔父和堂兄尚且那般，而眼下自己的父亲要跟自己断绝父子关系，他又岂能无动于衷？大悲无言，这或许才是赵元佐此时的真实心境。或许这也是他想要的结果，从此在形式和名分上他就不再是赵光义的儿子了，恐怕也只有如此他才能对赵廷美之死少一些罪责感和愧疚感。
眼见赵元佐大难临头，他的弟弟们连同宰相和赵光义身边的近臣都跑到赵光义面前极力为他求情，希望赵光义能够对赵元佐宽大处理。面对座下哭成一片的儿子和大臣，赵光义仍然不打算收回成命，他也流泪以道：“朕之前翻阅史书每当看到帝王家里的那些不成器的子孙都会扼腕叹息，可没想到这种事竟然也会发生在朕的身上。为了皇家颜面和国家体统，此等逆子朕断不能恕！”
于是，赵光义下令将赵元佐废为庶人并发配到均州（今湖北省丹江口市）安置。但是，这事还没完，元佐虽然已经上路，但宋朝的一众大臣对他的营救并未停止。宰相宋琪以元佐本身就有病为由请赵光义对其行宽宥之法，但仍然遭到拒绝。宋琪不死心，他继而率领百官跪在赵光义的宫殿外为赵元佐求情，希望能够让赵元佐留在京城。面对如此局面，赵光义还是铁了心地不予理会。等到百官三次联合上表求情之后，赵光义才最终收回了成命，而这时候的元佐已经走到了安徽黄山。
回到京城后，元佐被幽禁于南宫并时刻有人监护，他就此成了一个不得与外界相闻的笼中之鸟。
被幽禁的这一年，元佐仅仅二十岁，而他这一关足足就是十二年，等到宋真宗赵恒继位时他才重获自由，他生命中最为美好和宝贵的黄金十年全是在幽禁之中度过的。
说来赵元佐其实也是险些当上皇帝的。赵光义后来驾崩之后，皇后李氏与宦官王继恩本欲打算立元佐为帝，但在宰相吕端的极力反对之下，当时的皇太子赵恒最终顺利登基。
对于自己的这位皇兄，赵恒登基之后给予了其足够的恩赏和礼遇，他恢复了元佐的楚王爵位并加封其为检校太师和右卫上将军。后来，赵恒又先后加封其为太傅、太师并赐尚书令兼中书令，拜天策上将军，赐其剑履上殿、诏书不名的超高规格和待遇。宋仁宗继位之后，赵元佐又被加封为江陵牧。
公元1027年，赵元佐薨逝，享年六十二岁，这个本有希望继承宋朝大统的人就此走完了自己让后人无限悲悯和叹息的人生。宋仁宗随即下令追赠其为河中牧、凤翔牧，追封其为齐王，赐谥号“恭宪”并陪葬永熙陵（赵光义的皇陵）。
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