北征不利，趙光義悶悶不樂地班師回朝。當初進軍太原的時候，趙光義曾經許下此行要封賞將士的諾言，班師的時候，趙德昭就勸叔叔趙光義信守玉言，重獎有功之將。趙光義當即就沉下臉來說：「等你自己當了皇帝，再賞賜也不遲。」
趙德昭知道叔叔已經開始猜疑和防範自己，既擔心又無奈，進而絕望，回到家後竟然自刎了。《宋史》記載趙光義聽到侄子的死訊後，又震驚又後悔，他趕過去抱著侄子的屍體大哭：「癡兒何至如此啊！」趙德昭死後被追贈為中書令，追封魏王，賜謚。後來改封吳王，又改為越王，備極哀榮。
趙德昭死後不到一年，他年僅23歲的弟弟趙德芳就在家裡暴病身亡。趙光義廢朝五日，親臨哭喪。趙德芳被追贈為中書令，追封為岐王，後來又加贈太師，改封為楚王。趙光義即位沒幾年，兩位皇侄就先後死去，後人很自然地猜測：這是宋太宗為鞏固自己的皇位而斬草除根、消除隱患的舉動。
皇位第一繼承人齊王趙廷美活的時間最長，但是趙廷美行為不端，名聲不響，對趙光義構不成大的威脅。
早在趙匡胤在位時，趙廷美就被人告發「驕恣，將有陰謀竊發」。什麼陰謀，正史上沒有說，但極可能是政變謀反之類的大事。趙匡胤不忍心自己的這個弟弟受到嚴懲，就將整件事情化小，罷免了趙廷美的官職，讓他去西京當個掛名的留守，賞賜他衣帶錢絹彩等物品和白銀萬兩。趙廷美就在西京的一幢宅院裡賦閒居住。
但是趙廷美不知悔改奮進，在趙光義即位後依然干涉政務，四處牟利，結果再次被大臣彈劾。這次，趙光義下詔降趙廷美為涪陵縣公，遷移到房州軟禁。雍熙元年（984年），趙廷美到達房州，不久「因憂悸成疾而卒」，享年38歲。至此，「金匱之盟」設計的繼承鏈條徹底斷裂了，趙光義清除掉了所有潛在的權力競爭對手。
當初，杜太后讓趙普記錄下「金匱之盟」，本意是讓趙匡胤傳位給趙光義，趙光義再傳位給趙廷美，趙廷美再傳位給趙德昭。趙光義當了皇帝之初，趙廷美官爵顯赫，趙德昭依然被稱為皇子。然而趙德昭死後，趙德芳也相繼去世，趙廷美就開始沒有安全感了。後來有人告發趙廷美的不端行為，趙光義問趙普怎麼辦，趙普秘密回答說：「我是舊臣，有一些事情想提醒一下皇上。」於是，他將當日杜太后的顧命和宋太祖的遵守之事都又說了一遍。趙光義在宮中找出了趙普當年所寫的藏在金匱中的誓書，撫卷深思。第二天，趙光義又召見趙普說：「人誰能無過？朕就要50歲了，知道自己的前49年都錯了啊。」他以傳國之意徵詢趙普的意思，趙普這一次明白地說：「太祖皇帝已經耽誤了大事，陛下您還要再誤嗎？」趙光義於是決定追究趙廷美的罪行，借此將他排擠出權力繼承序列。
這件小事在正史《宋史》中有明確記載。《宋史》在記敘完這件事後，加了一句話：「凡廷美所以遂得罪，普之為也。」可見正史將趙廷美的死很大程度上歸咎於趙普的推動。從這一處，我們起碼可以得出兩點可靠的信息：第一，趙普即使是「金匱之盟」的忠實記錄者，也絕不是忠實的執行者。相反，他為了自己的地位和利益考慮，出賣了最終的立場，勸趙光義違反可能存在的「金匱之盟」；第二，將所有責任都推到趙普身上是不公平的。趙普畢竟只是一個大臣，在皇室內部的權力繼承問題上只是起了外因的作用，而趙光義作為決定者，責任不容推卸。
最後我們再來看看在即位之謎中有重大關係的宋皇后的命運。
宋太祖的遺孀宋皇后在小叔子即位後，享有「開寶皇后」的封號。因為趙光義是以同輩繼承大統，因此宋皇后不能稱「皇太后」，而稱「開寶皇后」。宋皇后在新皇時期沒有什麼事跡記錄，只是在她死後卻沒能按皇后的禮儀隆重發喪，這就有點蹊蹺。有大臣提出依制，要以皇后之禮為宋皇后發喪，但是趙光義沒有理會。宋皇后最後以一般妃嬪的禮儀出喪，這又不能不讓人對宋太宗趙光義的動機產生猜測。
一位嫂子、一個弟弟、兩個侄子的死都有不正常的地方，都給後人猜想的空間。《宋史》中趙光義的本紀對趙光義推崇備至，但就這四位至親的死也委婉地指出趙光義帶有一定的責任。「若夫太祖之崩不逾年而改元，涪陵縣公之貶死，武功王之自殺，宋後之不成喪，則後世不能無議焉」。說趙光義在哥哥宋太祖死了不到一年就改元，趙廷美死在貶居地，趙德昭自殺，宋皇后死後沒有依禮出喪，這四點都使後人議論紛紛。這四點雖然只是輕描淡寫，卻一語中的。但這四條都只是猜測和議論而已，史書中沒有更詳細的記載，也沒有證據可以證明趙光義有任何陰謀。因此，非議永遠是非議，後世所謂的許多揭秘和研究，也只是停留在推斷和猜測階段。
筆者的解釋是：趙光義對四位至親的死負有間接責任，但是我們不能說這四個人就是他害死的，更不能以此來否定趙光義即位的合法性。
四在位作為
趙光義是個有所作為的明君。
趙光義繼承了宋太祖的統一大業，完成了中國內地的統一。他即位後使用政治壓力，迫使吳越王錢俶和割據漳、泉二州的陳洪進於太平興國三年（978年）納土歸附。次年，趙光義親征太原，滅了北漢，結束了五代十國的分裂割據局面。趙光義後來毒死了歸降的南唐後主李煜和吳越國王錢俶，惹人詬病。更有人以此證明趙光義的陰險殘暴，進而再一次懷疑起他權力來源的正當性。
趙光義統治期間，進一步加強中央集權，緩和社會矛盾。即位第二年，他就下令取消所有節度使所領支郡，各州均直屬中央；繼續將各地節度使調至開封，解除兵權，使節度使成為一種虛銜，之後他大力擴充科舉取士名額，每科錄取人數由宋太祖時的數十人猛增至數百人，甚至上千人。
但是在對外作戰上，趙光義成績不大。太平興國四年（979年）和雍熙三年（986年），趙光義兩次攻遼，企圖收復幽雲十六州，都遭到失敗，北宋從此對遼採取守勢。他曾企圖用政治和軍事手段消滅夏州黨項拓跋部勢力，也沒有成功。
這其中需要一提的是，979年趙光義親自率軍攻遼，在幽州城下一戰，宋軍大敗，數十萬宋軍丟盔棄甲潰不成軍；趙光義的儀仗、寶器、御物都成了遼軍的戰利品，隨從的妃嬪、宮女也都做了遼國的俘虜。
趙光義在亂軍中連馬匹都沒找到，最後找了幾匹驢，坐著驢拉的車逃脫才保住了性命。在這一戰中，趙光義被亂箭射中多處，其中左股上中的兩箭深入骨中，年年潰爛，不能痊癒。
總體上來說，趙光義還算是宋朝少有的有為皇帝。他雷厲風行，注重實效，至今留有許多佳話。唐末亂世以後，法律允許體罰，因此刑訊往往成為官府主要的取供手段。嚴刑之下，少有不按照官府意思招供的嫌疑犯，辦案人員就依賴刑訊，結果導致了許多冤假錯案。
趙光義登基之初，京城開封街頭有許多乞丐，他們往往肆意胡為，成為民間禍患。一次，一名惡丐到一家大戶人家門前強索賞錢，態度十分蠻橫。大戶人家沒有滿足他的無理要求，那個乞丐就開始大吵大嚷，罵不絕口。圍觀的人很多，都感到憤憤不平，但因為懼怕乞丐糾集同夥進行報復，大家都敢怒而不敢言。
一名剛好經過的軍官撥開人群，抽出佩刀，毫不猶豫地將惡丐砍死。殺人之後，那軍官從容地將刀放在地上，若無其事地走了。圍觀的人群大驚失色，同樣懼怕報復，任由軍官慢步離開。
此事驚動了官府。天子腳下竟然出現光天化日之下當街持刀殺人的案件，這還了得！開封府全力捉拿嫌犯，結果沒法抓到真兇。於是辦案人員就判定那家大戶殺了乞丐，將軍官留下的那把刀作為物證對大戶人家嚴刑逼供，最後大戶被屈打成招。
按例，這件大案被報到朝廷，趙光義親自過問。他問罪犯：「你服罪嗎？」大戶說：「我服罪。」趙光義這時拿過殺人佩刀，對大臣們說：「這是朕的刀，那乞丐是我一時氣憤順手殺死的，與他人有何關係？由此可知，重刑之下必有認罪之人，屈打哪能不成招，大家一定要引以為戒。」趙光義下令釋放那個大戶，並告諭執法部門要慎重審案。這件事糾正了唐末以來的體罰逼供的審訊慣例，對北宋的刑訊產生了重要影響。
997年，61歲的趙光義因為箭傷發作而死，在位21年，被葬在鞏縣的永熙陵。永熙陵位於現在河南鞏義市芝田鄉沱村的東北，緊靠村邊，東南距趙匡胤的永昌陵約兩里地。伊洛河的一條小支流——塢羅河從陵旁繞過。因為地處偏僻，前往永熙陵遊覽的人比較少。但在宋代，永熙陵是人們遊玩的佳處。宋代詩人宋祁曾有《太宗永熙陵》詩一首：
故老今多喪，嚴祠日愈新。
青青陵上杏，神護五株春。
北宋皇帝的陵墓分佈在鞏義市的西村、芝田、孝義、回郭鎮附近，除徽宗和欽宗之外的七個皇帝，再加上宋太祖的父親趙宏殷的陵墓坐落在此，俗稱「七帝八陵」。北宋亡國後，金兵進駐宋陵，為掠奪也為報復，對宋皇陵進行了毀滅性的盜掘。之後，陵區逐漸成為野草叢生、豺狼出沒的野地。
解放後，政府對宋陵進行了保護和部分修復，陵台、松柏、角樓、神門和神道兩側雄偉壯觀的石刻群依稀可見。宋太宗的永熙陵是石刻群保存最為完整的陵墓，計有石人、石羊、石馬、石虎、石麒麟、石鳳凰、石像、石望柱、石拜台等五十餘件。其中的永熙陵神獸角端被視為國寶，經常在各種印刷物上出現。
趙匡胤和趙光義之間的奇特傳位方式使宋朝的皇室血統出現了兩支。從北宋真宗趙恆到南宋高宗趙構，都是趙光義的嫡系，南宋寧宗初的大臣趙汝愚也是趙光義的子孫，但是到宋高宗趙構時，趙光義這一系出現了絕嗣的情況。趙構沒有留下兒子，因此皇位又重新傳回到宋太祖趙匡胤一系，趙匡胤的七世孫宋孝宗即位。
這裡有一個傳說。南宋偏安於東南地區，趙構在考慮皇位繼承人的時候，苦惱於自己沒有兒子，大臣們也一籌莫展。先是有人提出趙匡胤是開國之君，應該在他的後代中選擇繼承人，趙構斷然拒絕了這樣的意見。晚上，趙構做了一個夢，夢見宋太祖趙匡胤帶他到了「萬歲殿」，看到了當夜的「燭光斧影」的全部情景。趙匡胤還信誓旦旦地對趙構說：「你只有把王位傳給我的兒孫，國勢才有可能有一線轉機。」趙構夢醒後，同意了先前的繼承方法，並找到了趙匡胤的七世孫趙慎，收為養子，將皇位傳給了他。
這樣的傳說肯定是偽造的，是一些對趙光義即位始終懷疑的人為了證明自己的猜測而臆造出來的。但是這樣的傳說千百年來始終流傳，恰恰說明了趙光義的即位一直不能消除人們心頭的疑惑，我們還是讓之後的考古發現和歷史研究繼續去證明這個問題吧。