2004年，《周日泰晤士报》体育记者大卫·沃尔什和法国《队报》记者皮埃尔·巴莱斯特出版纪实报导书《L.A.的机密：阿姆斯特朗的秘密》（L.A. Confidentiel: Les secrets de Lance Armstrong；ISBN 2-84675-130-7；只出版了法文版，其标题借用著名小说和电影《洛城机密》（L.A. Confidential）），揭发阿姆斯特朗使用禁药。阿姆斯特朗的律师在伦敦高等法院起诉《周日泰晤士报》和大卫·沃尔什，要求赔偿损失，还在巴黎起诉了沃尔什、巴莱斯特、《L.A.的机密：阿姆斯特朗的秘密》的出版商和法国杂志《快报》（此杂志选登了部分书籍内容）。
格雷格·莱蒙德，首个非欧洲的环法冠军，除了阿姆斯特朗和其队友弗洛伊德·兰迪斯之外，另一位来自美国的环法冠军（在两人因禁药分别被剥夺了99-05年冠军和06年冠军后，莱蒙德再次成为唯一美国环法冠军至今），当年一直对阿姆斯特朗持批判态度。法国世界报也同样如此，该报质疑阿姆斯特朗和医生兼教练米歇尔·法拉利的关系，此人因非法销售药物和运动欺诈在2004年被一个意大利法庭判罪。阿姆斯特朗解释说他与法拉利的非经常性的联系不超出咨询关于高海拔训练的内容和食谱。另一位赛手，意大利的菲利普·西蒙尼，承认自己使用了法拉利开的非法药品。阿姆斯特朗称西蒙尼说谎，称他为“被迫说谎者”，后两人展开了法律诉讼。
2012年8月24日，美国反禁药组织宣布剥夺阿姆斯特朗1998年8月1日之后的所有成绩，包括七个环法自行车赛头衔，并且终身禁赛[4]。确切地说是禁止参与所有受签署世界反运动禁药机构条款的组织所管理的体育运动。不过根据该条款第10.10.1条规定，对于违反禁药规定的运动之外的其他运动（对于阿姆斯特朗来说，比如铁人三项和马拉松），运动员在被禁四年后可以参与地区性的比赛，只要该赛事与国家性或国际性的赛事无关。
2012年10月，美国反禁药组织公布超过一千页的报告，其中将阿姆斯特朗的事件称为“最精密、最专业、最成功的禁药计划”。30多人指控阿姆斯特朗使用禁药，其中15名队友不但指控他，更承认与他一起使用禁药。这些队友包括乔治·因卡皮耶、利瓦伊·莱法伊默和迈克尔·巴里，他们受到了6个月禁赛和取消部分时间段成绩的处罚。
报告发布后，阿姆斯特朗的所有赞助商都终止了合约。据报道，阿姆斯特朗在一天内损失了7500万美元的赞助收入。
2012年10月22日，国际自行车联盟认可美国反禁药组织对阿姆斯特朗的处罚决定[5]。被剥夺的奖项几乎都被留空，而非由名次较后者填补，除了2009年环法赛第三名补发给了布拉德利·威金斯（2012环法冠军）。
2012年12月26日，国际体育仲裁院宣布相关事宜确定。阿姆斯特朗没有提出上诉，这意味着阿姆斯特朗默认使用禁药及同意接受处分。
2012年12月，《L.A.的机密：阿姆斯特朗的秘密》作者大卫·沃尔什出版纪实报导书《七宗罪：我对兰斯·阿姆斯特朗的追踪》，记录他耗费13年追踪阿姆斯特朗使用禁药案的过程。
2013年1月14日，阿姆斯特朗接受欧普拉专访。该专访于2013年1月18日公开播出。在专访中，阿姆斯特朗改变了之前否认的论调，公开承认夺冠的七届环法每届都使用了禁药，并说明没有禁药不可能赢得七届环法。但他宣称2009及2010年无用药行为（美国反禁药组织的调查认为他这两年间也用了药）。
2013年1月17日，国际奥委会宣布剥夺阿姆斯特朗在悉尼奥运会上获得的铜牌。该奖牌和七届环法冠军头衔一样，没有补给其他选手。阿姆斯特朗于同年10月交还奖牌。
2013年9月，国际自行车联盟新主席布莱恩·库克森问阿姆斯特朗是否愿意对自己服用禁药进行作证，阿姆斯特朗表示拒绝，除非取消对他的任何处分。此前2012年8月，美国反禁药组织主席泰格特曾说，如果阿姆斯特朗愿意完全配合、坦白的话，可以只追溯至2004年成绩（因为追溯期为8年），而保留1999至2003年的五个环法冠军，但如果他设法掩盖事实，那么这个追溯期可以延长。
此后，他面临不少官司，求偿总额高达上亿美金。
2014年，他的教练约翰·布鲁内尔被禁止涉入运动赛事10年。
2015年7月，他重回环法赛场参与白血病相关的慈善活动，但他的出现并不受欢迎。该活动由英国退役足球运动员杰夫·托马斯发起，他在2003年，即退役后不久，被诊断罹患白血病，经骨髓移植等艰难治疗后，如阿姆斯特朗一般成功康复，从而发起该活动，也因此成为阿姆斯特朗的朋友。
2016年3月1日在科罗拉多大学波德分校的运动管理班级演讲，承认从1995年春季之后开始使用禁药。
阿姆斯特朗的前车队队友弗洛伊德·兰迪斯2006年获得环法冠军，但在2007年被发现服用禁药，后来被裁定罪名成立并被剥夺了当年的环法冠军。2010年，兰迪斯对阿姆斯特朗进行了举报，从而发起了民事法律诉讼。诉讼针对服药的阿姆斯特朗从美国邮政拿取赞助时，对美国政府机构构成的欺诈行为。这起诉讼于2018年4月被调停，阿姆斯特朗同意支付500万美元给美国政府。
