太子劉欣作為養子即位，是為漢哀帝，他感念趙飛燕當初擁立之功，依禮法尊趙飛燕為皇太后，封皇太后的兄弟趙欽為新成侯、皇太后的侄兒趙?為成陽侯，趙氏一門兩侯，地位顯赫。然而幾個月后，司隸解光彈劾趙昭儀慫恿皇帝殺害許美人、中宮史曹宮所生皇子，稱“趙昭儀傾亂圣朝，親滅繼嗣，家屬當伏天誅”要求追究趙氏一族的罪過。哀帝于是下令免去趙飛燕兄弟新城侯趙欽、侄兒成陽侯趙?的爵位，貶為庶人，家屬被驅趕至遼西郡。議郎耿育上書為趙飛燕求情，對解光揭出的殺害皇子案持懷疑態度，痛斥其落井下石。
由于哀帝得繼皇位乃趙飛燕大力促成，加上她與哀帝祖母傅太后關系密切，自然不再予以追究，趙飛燕總算能安下心來，保住了皇太后的位子，但這樣一來被太皇太后王政君和王氏家族所仇恨。期間，有大臣說趙昭儀罪甚大，家屬要連坐，矛頭直指趙飛燕，哀帝沒有處理。
被廢自殺
元壽二年（前1年）六月，哀帝崩逝。與哀帝不睦的王氏外戚集團東山再起，哀帝寵臣和外戚遭到了嚴厲的打擊，傅太后丁太后被挖墳，趙太后被廢，獨尊王政君。王莽挾太皇太后王政君下詔曰“前皇太后與昭儀俱侍帷幄，姊弟專寵錮寢，執賊亂之謀，殘滅繼嗣以危宗廟，悖天犯祖，無為天下母之義。貶皇太后為孝成皇后，徙居北宮。”一個月后又下詔將趙皇后和哀帝傅皇后一起貶為庶人，趕去看守自己丈夫的陵園，當天二人一同自殺，趙飛燕只比妹妹趙合德多活了六年。
“趙后腰骨纖細，善踽步而行，若人手持花枝，顫顫然，他人莫可學也”。“踽步”是趙飛燕獨創，其手如拈花顫動，身形似風輕移，可見其舞蹈功底深厚。趙飛燕還自創“掌上舞”，“掌上舞”又稱“掌中舞”因舞蹈體態輕盈，仿佛可以置于掌中，故得名。此舞后成了趙飛燕的一個獨有標志，亦可比喻女子舞姿輕盈。
