Từ sau khi mất quyền lực, Tư Mã Đạo Tử lại tiếp tục lún sâu vào con đường nghiệp ngập và không còn thiết gì đến việc triều chính. Trong khi đó, Tư Mã Nguyên Hiển bắt đầu thực hiện kế hoạch diệt trừ các thế lực địa phương, trong đó có Hoàn Huyền ở Kinh Khẩu. Năm 401, Tư Mã Nguyên Hiển cùng Lưu Lao Chi dẫn quân tiến đánh Hoàn Huyền, không may thất bại. Hoàn Huyền nhân đó tiến quân vào thành Kiến Khang. Lưu Lao Chi bỏ sang đầu hàng Hoàn Huyền[19]. Trước tình thế sắp thua cuộc, Tư Mã Nguyên Hiển đến cầu cứu Tư Mã Đạo Tử nhưng ông cũng không còn kế sách gì, chỉ biết khóc mà thôi.

Hoàn Huyền nhanh chóng chiếm được thành Kiến Khang vào năm 402. Ông ta sát hại Tư Mã Nguyên Hiển cùng các đại thần là Đông Hải vương Tư Mã Ngạn Chương (con của Nguyên Hiển), Quan Quân tướng quân Mao Thái và Du kích tướng quân Mao Thúy[20], còn Tư Mã Đạo Tử bị đày sang An Thành. Từ đó triều đình nhà Tấn rơi vào tay Hoàn Huyền.

Đến ngày Canh Thân tháng 12 cùng năm (tức 3 tháng 2 năm 403), Tư Mã Đạo Tử bị thủ hạ cũ là Ngự sử Đỗ Trúc Lâm dùng thuốc độc giết chết theo lệnh của Hoàn Huyền. Năm đó ông được 39 tuổi. Tấn An Đế nghe tin thúc phụ qua đời, thân hành đến Tây Đường khóc tang ba ngày[21][22].