此被封为真定县开国公，不久加号冠军将军，仍担任黄门侍郎，后外任持节、督梁州诸军事、冠军将军、梁州刺史。元子直不久患病，在南郑闲养，没有其他政绩，被征召回京，正光五年四月十二日（524年5月30日），元子直因病在私人住宅中去世，朝廷赠予使持节、散骑常侍、安南将军、都官尚书、冀州刺史，谥号穆公。正光五年八月己卯朔六日甲申（524年9月19日）葬于长陵东北。元子直的弟弟魏孝庄帝元子攸登基后，于建义元年六月丁亥朔（528年7月3日）追封元子直为陈留王，食邑二千户，赠予假黄钺、太师、大司马、太尉，加前后部仪仗鼓吹。