而此时，早已与他分居的郑璐得到风声后，频频打电话埋怨他、斥责他。此时王雪冰终于明白，这两个女人从来就没有真正爱过他，他感到悲凉。
2001年底，预感到情况不妙的王雪冰，匆匆将孩子送到美国读书，并将另一个正在澳大利亚留学的孩子也转到了美国。
2002年1月5日，王雪冰向有关部门投案自首。11日，王雪冰被免职。几天之后中纪委公布对王雪冰的审查结果：“利用职务之便，贪污、受贿、收受贵重礼品折合人民币数百万元；生活腐化，道德败坏；在担任中国银行纽约分行总经理和中国银行行长期间，违反金融监管规定，工作严重失职，造成严重后果。”并作出撤销其第十五届中央委员会候补委员职务，开除檔籍，将其案件移送司法机关依法查处的决定。
从2000年起，美国货币监理署开始对中国银行纽约分行进行调查。2002年1月18日，美国财政部货币监理署（OCC）与中国人民银行发布联合消息，中行纽约分行在王雪冰任纽约分行总经理期间存在违规放贷、账外经营以及违规开立信用证和签发银行承兑汇票等不当行为，主要违规操作金额高达27亿元，并因此作出处罚性决定：对中国银行纽约分行罚款1000万美元、对中国银行总行罚款1000万美元。
北京市第二中级人民法院经过近两年的调查取证，于2003年12月10日对王雪冰案件进行宣判。
法院认为，被告人王雪冰在1993年至2001年期间，利用职务上的便利为华晨（中国）控股有限公司、北京再东方广告有限公司等企业谋取利益，并为此非法收受这些公司送予的钱款及艺术品、名牌手表等贵重礼品，共计折合人民币115.14万元。由于海外取证困难等原因，对于其在担任中国银行纽约分行总经理和中国银行行长期间，违反金融监管规定，工作严重失职，造成的严重后果，未追究王雪冰的刑事责任。法院以受贿罪判处王雪冰有期徒刑12年。
听到判决结果，王雪冰脸上一阵抽动，但很快恢复了平静。面对前来拍摄庭审过程的中央电视台记者，他下意识地整理了一下身上的深色高档西服，努力克制着自己的情绪，面色平静地凝视镜头，似乎是在以这种特别的方式向熟悉他的朋友、年逾七旬的父亲和远在国外的儿女“照面”。
先前那个风流倜傥、仪表堂堂的银行行长不见了，站在被告席上的王雪冰显得那么孤独，在场旁听的竟没有一个他的亲人。判决结束，他被法警押出法庭时步履蹒跚，像垂暮的老人。此时，离他的51岁生日还有两个多月。
在服刑期间，王雪冰痛定思痛，写下了长达万言的悔过书，并总结自己的犯罪经历，于2006年2月写下了防止金融高官犯罪的报告。该报告呈送北京市纪委后，引起高度重视。5月28日，北京市纪律检查委员会、北京市政法委将其报告作为反腐倡廉典型案例，并将相关材料下达全市各机关进行警示教育。