宋仁宗并非刘娥亲生，这件事到了刘娥死后才真相大白，轰动一时。后世根据这件事，演化出《狸猫换太子》的故事。此事也成为了刘娥一生之中的污点，导致后世艺术作品中的刘娥形象多为反派。
明道二年三月，刘娥染病，下令大赦天下，将乾兴元年即刘娥临朝以来的贬死之人包括寇准、曹利用等刘娥的政敌们恢复旧有官职，并将丁谓从贬黜的远地内迁。
《续资治通鉴长编》记载：庚寅，以皇太后不豫，大赦，除常赦所不原者。乾兴以来贬死者复其官，谪者皆内徙，丁谓特许致仕。宋朝要录云：寇准、曹利用、周怀政、雷允恭、周文质并追复旧官，丁谓特许致仕，徙居近地州军。
明道二年三月，甲午，刘娥崩逝。遗诰尊太妃为皇太后，皇帝听政如祖宗旧规，军国大事与太后内中裁处。
宋仁宗在皇仪殿召见群臣，哭道：“太后临终前数度牵扯身上衣服，是何意？”参知政事薛奎说：“太后不愿先帝于地下见她身穿天子之服。”仁宗醒悟，下令给刘娥换上后服，然后入殓。
《宋史》记载：及太后崩，帝见左右泣曰：太后疾不能言，犹数引其衣若有所属，何也？奎曰：其在衮冕也。服之岂可见先帝于地下！帝悟，卒以后服敛。
刘娥死后，赵氏皇族中最具威名、十余年来一直佯装疯癫，称病不朝的八王爷赵元俨对仁宗言道：“刘后非陛下生母，陛下生母乃是李宸妃。李妃娘娘死的不明不白，怕是被人害死的。”
《宋史》记载：后章献太后崩，燕王为仁宗言：“陛下乃李宸妃有所生，妃死以非命。”仁宗号恸顿毁，不视朝累日，下哀痛之诏自责。
皇太妃杨氏亦告知仁宗：“陛下真正的母亲确是李宸妃，现已不在人世。”
南宋王銍在《默记》中写道：章懿卒，先殡奉先寺。昭陵以章献之崩，号泣过度。章惠太后劝帝曰 ：此非帝母，帝自有母。宸妃李氏已卒，在奉先寺殡之。
宋仁宗这才明白，原来刘氏并非自己生母，而生母李妃娘娘至死都不得与自己相认。接连的打击令仁宗皇帝伤痛欲绝，几日不能上朝，并下诏自责。宋仁宗派兵包围了刘氏亲眷的府邸，并遣人到李妃灵柩所在的洪福院查看，结果发现李宸妃被以后礼下葬，在水银养护下，面色如生。得知消息后，仁宗感叹道：“人的话，岂可尽信啊！”
《宋史》记载：幸洪福院祭告，易梓宫，亲哭视之，妃玉色如生，冠服如皇太后，以水银养之，故不坏。仁宗叹曰：“人言其可信哉！”
随后，仁宗在刘娥灵柩前焚香祭拜，哭着说：“自今以后，大娘娘一生清白了！”
明道二年十月，宋仁宗率群臣将刘娥下葬，陪葬宋真宗永定陵，谥号“章献明肃”皇后。旧制，皇后的谥号本是两字，从刘娥开始，临朝称制的皇后，谥号为四字。
《宋史》记载：是岁崩，年六十五。谥曰章献明肃，葬于永定陵之西北。旧制皇后皆二谥，称制，加四谥自后始。
刘娥死后，宋仁宗身世大白于天下。“仁宗认母”遂成为轰动朝野的大事。宋仁宗不得不下旨：朝廷和民间皆不得对太后临朝时期的往事妄加议论。