但是陈文帝生前授予其弟陈顼以重权，导致他死后嗣帝权力弱小，很快就被陈顼篡夺了皇位。
光大二年（568年）十一月，始兴王陈伯茂因为皇叔安成王陈顼专政，心中十分不满，多次散播安成王将要废立的恶言。同月，陈顼以陈伯宗个性太软弱，难以当大任为由发动政变，用皇太后沈妙容的名义下诏废黜陈伯宗的帝位，将其降封为临海王，迁到藩地居住。又下令废黜始兴王陈伯茂为温麻侯，置诸别馆，安成王派遣刺客在车内杀掉了他。
太建元年（569年）正月，陈顼自立为帝，是为陈宣帝。太建二年（570年）四月，陈伯宗不明不白地死去，年仅十九岁，史称陈废帝，葬于今南京西善桥。
