刘安想要发动国中的军队，又恐怕自己的国相和大臣们不听命。
他就和伍被密谋先杀死国相与俸禄二千石以上大臣，为此假装宫中失火，国相、俸禄二千石以上大臣必来救火，人一到就杀死他们。
谋议未定，又计划派人身穿抓捕盗贼的兵卒的衣服，手持羽檄，从南方驰来，大呼“南越兵入界了”，以借机发兵进军。
于是他们派人到庐江郡、会稽郡实施冒充追捕盗贼的计策，没有立即发兵。
刘安问伍被说：“我率兵向西挺进，诸侯一定该有响应的人；要是没人响应怎么办？”
伍被回答说：“可向南夺取衡山国来攻打庐江郡，占有寻阳的战船，守住下雉的城池，扼住九江江口，阻断豫章河水北入长江的彭蠡湖口这条通道，以强弓劲弩临江设防，来禁止南郡军队沿江而下”
刘安说：“然后呢？”
伍被说：“然后再向东进攻占领江都国、会稽郡，和南方强有力的越国结交，这样在长江淮水之间屈伸自如，犹可拖延一些时日。”
刘安说：“很好，没有更好的计策了。要是事态危急就奔往越国吧。”
于是廷尉把淮南王孙刘建供词中牵连出刘迁的事呈报了汉武帝。
汉武帝派廷尉临趁前去拜见淮南国中尉的机会，逮捕太子。廷尉临来到淮南国，刘安得知，和刘迁谋划，打算召国相和二千石大臣前来，杀死他们就发兵。
刘安召国相入宫，国相来了；内史因外出得以脱身。中尉则说：“臣在迎接陛下派来的使臣，不能前来见王。”
刘安心想只杀死国相一人而内史、中尉不肯前来，没有什么益处，就罢手放走了国相。他再三犹豫，定不下行动的计策。
刘迁想到自己所犯的是阴谋刺杀朝廷中尉的罪，而参与密谋的人已死，便以为活口都堵住断绝。
他就对父王说：“群臣中可依靠的先前都拘捕了，现今已没有可以倚重举事的人。您在时机不成熟时发兵，恐怕不会成功，臣甘愿前往廷尉处受捕。”
刘安心中也暗想罢手，就答应了刘迁的请求。于是刘迁刎颈自杀，却未能丧命。
伍被独自往见执法官吏，告发了自己参与淮南王谋反的事情，将谋反的详情全盘供了出来。
法吏因而逮捕了太子、王后，包围了王宫，将国中参与谋反的刘安的宾客全部搜查抓捕起来，还搜出了谋反的器具，然后书奏向上呈报。
汉武帝将此案交给公卿大臣审理，案中牵连出与刘安一同谋反的列侯、二千石、地方豪强有几千人，一律按罪刑轻重处以死刑。
衡山王刘赐是刘安的弟弟，被判同罪应予收捕，负责办案的官员请求逮捕刘赐。
汉武帝说：“侯王各以自己的封国为立身之本，不应彼此牵连。你们与诸侯王、列侯一道去跟丞相会集商议吧。”
赵王彭祖、列侯曹襄等四十三人商议后，都说：“淮南王刘安极其大逆无道，谋反之罪明白无疑，应当诛杀不赦。”
胶西王刘端发表意见说：“淮南王刘安无视王法肆行邪恶之事，心怀欺诈，扰乱天下，迷惑百姓，背叛祖宗，妄生邪说。”
刘彻说：“是的”
刘端说：“《春秋》曾说‘臣子不可率众作乱，率众作乱就应诛杀’。”
刘彻说：“是啊”
刘端说：“刘安的罪行比率众作乱更严重，其谋反态势已成定局。臣所见他伪造的文书、符节、印墨、地图以及其他大逆无道的事实都有明白的证据，其罪极其大逆无道，理应依法处死。”
刘彻说：“其他人呢？”
刘端说：“至于淮南国中官秩二百石以上和比二百石少的官吏，宗室的宠幸之臣中未触犯法律的人，他们不能尽责匡正阻止淮南王的谋反，也都应当免官削夺爵位贬为士兵，今后不许再当官为吏。”
刘彻说：“一般人呢？”
刘端说：“那些并非官吏的其他罪犯，可用二斤八两黄金抵偿死罪。朝廷应公开揭露刘安的罪恶，好让天下人都清楚地懂得为臣之道，不敢再有邪恶的背叛皇上的野心。”
丞相公孙弘、廷尉张汤等把大家的议论上奏，汉武帝便派宗正手持符节去审判刘安。
宗正还未行至淮南国，刘安已提前自刎而死。王后荼、太子刘迁和所有共同谋反的人都被满门杀尽。
汉武帝因为伍被劝阻淮南王刘安谋反时言词雅正，说了很多称美朝政的话，想不杀他。
廷尉张汤说：“伍被最先为淮南王策划反叛的计谋，他的罪不可赦免。”于是杀了伍被。淮南国被废为九江郡。
刘彻亲赴东方蓬莱求仙，适逢暴风骤雨，流汹涌，无法出海，只得返还。
在封泰山、禅石闾以后，刘彻召见群臣，追悔以往的过失，命遣散方士，停止求仙。
在搜粟都尉桑弘羊等请求在轮台屯田，刘彻下《轮台诏》，否决其议，并强调“当今务在禁苛暴，止擅赋，力本农，修马复令以补缺，毋乏武备而已”。
自此以后，刘彻不再出兵，而且封丞相田千秋为“富民侯”，表明与民休息之意；又任命赵过为搜粟都尉，让他推广代田法和先进农具。
江充余党马通、马何罗等谋刺刘彻，近侍官员金日磾发觉，与另外两名近侍官员霍光、上官桀合力粉碎阴谋，保护了刘彻。
此时刘彻时日无多，开始安排后事。
刘彻诸子中，齐王刘闳早死，昌邑王刘髆因刘屈氂之狱而被排除出皇位继承序列，燕王刘旦和广陵王刘胥因违反法度而被疏远，刘旦派来请求入京宿卫的使者亦被刘彻斩杀，以示警告。
这样一来，幼子刘弗陵陵就成为一的人选。刘彻为防止后宫干政，杀了刘弗陵的生母赵婕妤，并安排霍光、金日磾、上官桀与桑弘羊四人为辅政大臣，确保自己身后政局的平稳过渡。
刘彻病重，迁居于郊外长杨宫、五柞宫。
期间有“望气者”说长安狱中有天子气，刘彻趁机下令处死关押在长安狱中的所有犯人，包括刘据之孙，却被丙吉极力阻止，刘彻遂感慨天意如此，放弃屠狱之令。
不久后，弥留之际的刘彻正式下诏立刘弗陵为皇太子，次日，霍光、金日磾、上官桀、桑弘羊在刘彻卧室内床下拜受顾命。
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