その後、呼吸器系統などの病気を患い、北京市内の病院に入院していたが、2005年1月17日午前7時1分（北京時間）病院で死去した。何度か香港紙で死亡説が流れたがその度に中央がデマであるとわざわざ取り消すほど気を使う人物でもあった。死の直前にも死亡説が香港紙から流れ、それを当局が打ち消している。失脚の理由から、葬儀や埋葬の問題で遺族、党、長老との綱引きが見られたが、葬儀は党中央が主催し、八宝山に埋葬される事になった。新華社の死亡記事では直接経歴を触れておらず、ぼかした表現になっているが、外交部の孔泉報道官の言葉を借りれば「党内で結論が出ている」となり、現時点における再評価は考えられない。2008年12月、世界人権宣言の60周年に合わせて、作家を起草者として趙のかつてのブレーンや教授、作家、法律学者、新聞記者などが、共産党の一党独裁体制の終結及び民主化、人権の改善などを求める内容の「零八憲章」をインターネット上に連名発表する事件があり、死後も思想的な影響力が残る。2015年11月20日に中国国営中央テレビが放映した胡耀邦の生誕100周年記念番組では、胡耀邦の党総書記就任を伝える1982年9月13日付の人民日報の1面が映し出されたが、その紙面にあるはずの胡耀邦、葉剣英、鄧小平、趙紫陽の4人の写真のうち、趙紫陽の写真は外され李先念の写真に差し替えられていたと報じられた。※1989年5月19日に趙紫陽が学生に話した内容については、ウィキクォート参照のこと(中国語)
6月23日、24日の両日に開催された第13期4中全会で、“動乱を支持し、党を分裂させた”趙紫陽は、党総書記就任直後から四つの基本原則から逸脱し、ブルジョア自由化に寛容だったとされて党の全職務を解任された。党籍のみ、そのままとされた。自宅軟禁下に置かれたものの外出は比較的自由にでき、趣味のゴルフなどを楽しんでいたが、1997年9月、第15回党大会の主席団に天安門事件の再評価を求める書簡を送った後には、来客が追い返されたり外出を制限されたりした。失脚直後から長年の友人である宗鳳鳴が度々気功師として訪れ、談話をまとめた物が2007年に香港で出版されている。一説には、鄧小平は「六四天安門事件で武力弾圧に反対した罪を認めるなら復帰を許す」という手紙を趙紫陽に3度送ったものの、趙紫陽は「反対は信念に基づいたもの」としていずれも拒否したと言われている。陳雲、李先念らが推薦した後継者の江沢民総書記が右顧左眄する様子を見て失望したという。
1987年1月16日の政治局拡大会議における胡耀邦の解任を受け、総書記代行に就任し、10月20日の第12期7中全会において追認された。さらに同年11月2日の第13期1中全会で党総書記、党中央軍事委員会第一副主席に選出された、党内序列第1位。「経済政策に専念していたかったが、他の誰かがやるよりは自分がやったほうがましだと思った」と後に回顧している。後任の総理には「自身より若い者」を指名すると記者団に明かした。当時趙紫陽より若い副総理は李鵬か田紀雲の2人で、李鵬を指名することになった。本来は姚依林に任せたかったが、年齢を考え見送られた。1988年夏、鄧小平が行った価格改革を契機にハイパーインフレが発生。趙紫陽はその責任を取り、総書記就任からわずか1年で経済政策を保守派の李鵬、姚依林に譲ることとなった。
しかしながら森家の美作入封に元小早川家臣や元宇喜多秀家の家臣の浪人や在地土豪らが反発。元小早川家臣・難波宗守が首魁となり2,680人余りで播磨・因幡国境付近を固め入国を拒否するという事態となった。この一揆の報告を受けた忠政であったが女子供含む1,000人足らずで信濃国を発つと調略に取り掛かり、美作菅党の有元佐政を寝返らせる事に成功し、彼らの案内で美作入国を目指す。この動きに気付いた国人衆は慌てて忠政を討つべく夜襲を敢行したが、忠政を捕捉出来無いどころか、別の夜襲部隊と鉢合わせして同士討ちを始めるなど連携の悪さを露呈し、この隙に忠政一行は美作入国を果たした。この有元氏は当時は浪人であったが美作菅党と呼ばれる美作の有力土豪の宗家筋に当たる家で、有元佐政は一揆に参加した一族の説得を開始。これにより一揆軍の瓦解が始まった。そもそも一揆の目的は防衛線を固め、森家の美作国への侵入を防ぎつつ迎え撃ち、進退極まった森家が和議を申込んだところでこれまでと同じ既得権益を認めさせる事に有ったという。しかしながら、既に忠政の入国を許してしまった事から、早く森家に降伏して取り入ることにより権益の保持を狙うものが続出。離脱者の相次ぐ一揆勢は徐々に体を成さなくなり崩壊し、占拠していた林野城も森家に明け渡され一揆の指導者と目された難波宗守も自害して果て、森家に従うことを良しとしない者達は美作国を去り、一揆は殆ど森家と交戦する事も無く終息へと向かった。乱後、有元氏や、菅納（菅）氏、福島氏、佐藤氏など早くから従う姿勢を見せた者には地主としての権利の保持や森家への仕官などが認められたが、それ以外の後から降った者達は期待したような待遇は無く、逆に士分を剥奪され帰農する事を強制するなど厳しく対応している。