不一会儿又有人来向汉武帝报告，说太子已经发布文告，通告百官，说是皇上在甘泉宫病危，有奸臣乘机作乱，所以太子才诛杀了江充等人。汉武帝意识到这种状况发展下去，会威胁到自己的皇位，便带病来到长安城西的建章宫，亲自把京城附近的军队都调集起来支援刘丞相。
太子刘据面临生死危机，只得铤而走险。他把监狱中关押的囚犯都放出来，让他们充当他的士兵，又沿途强拉老百姓当兵，居然也组织起了几万人的部队。这时刘丞相的军队已经杀到，双方恶战了五天五夜，直打得昏天黑地，长安城中尸横满街，血流遍地惨不忍睹。
刘据的乌合之众毕竟抵不住刘丞相正规军的进攻，结果一败涂地，太子挈着二男南走复盎门，门已早闭无路可出。有司直田仁瞧见太子仓皇情状，不忍加害，竟把他父子放出城门。及刘屈牦追到城边，查得田仁擅放太子，便欲将田仁处斩。胜之已为御史大夫，在刘屈牦耳边轻语道：“司直位等二千石，有罪应该奏明，不宜擅戮。”刘屈牦自去详报武帝。武帝怒甚，立命收系胜之、田仁，并使人责问胜之：何故袒护田仁不诛。胜之惶惧自杀，田仁同日被腰斩。
汉武帝回到皇宫，马上派人去逼皇后卫子夫自杀，阳石公主和诸邑公主则被当众斩首。卫氏家族悉数坐罪，太子妃妾也一并自尽，东宫属吏全都族诛。
太子刘据逃亡在外，汉武帝一时难以查获，只得派重兵把守长安城十二个城门，唯恐太子再领兵杀回来。一些老臣都劝汉武帝饶恕太子，认为太子调兵是为了自卫，并不是造反；最好让太子回到京城中来。汉武帝虽然觉得老臣们讲的有道理，但仍然不想宽恕太子。
太子出走湖县，匿居泉鸠里，只有二子相随。泉鸠里人虽然留住太子，但家况甚贫，只有昼夜织履卖钱供给。太子难以为情，因想起湖县有一故友家道殷实，只得冒险向他求助。这一来走漏了风声，当夜就遭到官兵围捕。太子走投无路只得自杀。太子的两个儿子与房主拦门拒捕，结果一家人同归于尽。
汉武帝的后患消除了。然而想到失去的儿子和两个孙子，他又觉得很伤心。第二年，他查明江充的所作所为，才明白太子刘据死得冤枉，他特地在太子遇害的地点修建了一座“思子府”，并在宫前筑了一座“归来望思台”。征和四年（公元前89 年），汉武帝公开承认自己做皇帝以来的一系列错误和失策之处，并且采取种种措施补救。但人生如泡影，富贵若幻梦，武帝南征北讨，欲为子孙贻谋，而又自杀其子孙，尤为可叹。
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