恰巧廷尉逮捕淮南國太子劉遷，劉安聽說之后，與太子密謀，召集淮南國丞相、二千石官員前來，想要?dú)⑺浪麄兌l(fā)兵。
招丞相，丞相來了，內(nèi)史、中尉都不來。劉安心想，只殺一個(gè)丞相沒有好處，便罷免丞相。劉安猶豫不決，計(jì)策沒有決定。太子便自殺，但是自殺未遂。
伍被獨(dú)自前往廷尉那里，告發(fā)與劉安謀反蹤跡，廷尉于是逮捕淮南國太子、王后，包圍王宮，悉數(shù)逮捕淮南國內(nèi)淮南王與淮南王一起謀反的賓客，搜索到證據(jù)，把事情報(bào)告朝廷。漢武帝命令公卿處治劉安黨羽，派宗正用皇帝符節(jié)處治劉安。
宗正還沒有到淮南國，十一月，淮南王劉安自殺。于是殺死王后荼、太子劉遷，所有參與謀反計(jì)劃的人都滅族。
漢武帝因?yàn)槲楸黄剿氐难哉Z多次贊美朝廷，想不殺他。廷尉張湯說：“伍被首先為淮南王作謀反計(jì)劃，罪不可赦?！庇谑俏楸槐粴?。
侍中莊助素來與淮南王互相結(jié)交，二人私下議論天下大事，淮南王贈(zèng)送莊助很多財(cái)物；漢武帝認(rèn)為這是小罪而已，不想殺他。張湯堅(jiān)持要?dú)?，認(rèn)為說：“莊助出入宮廷，是陛下的心腹之臣，卻外與諸侯如此私交，如果不殺莊助，以后這樣的事情就不能禁止?！鼻f助最終在街頭斬首示眾。
衡山王劉賜上書，請(qǐng)求廢掉太子劉爽，立劉爽弟弟劉孝為太子。劉爽聽說之后，立即派遣他的親信白嬴到長安城上書朝廷，告發(fā)說“劉孝制造有望樓的戰(zhàn)車、利箭、與父親姬妾私通”，想要借此機(jī)會(huì)除掉劉孝。
恰巧有司逮捕參與淮南王謀反的人，在劉孝家中抓到陳喜，官吏彈劾劉孝藏匿罪犯陳喜。劉孝聽說“法律：首先自首的，可以免除其罪”，便自己先向朝廷告發(fā)共同謀反枚赫、陳喜等人。公卿請(qǐng)求漢武帝逮捕衡山王治罪，衡山王自殺而死。王后徐來、太子劉爽及劉孝都在鬧市斬首示眾，參與謀反的人都被滅族。
總計(jì)淮南王、衡山王謀反兩案，因受牽連而被處死的列侯、二千石、豪杰等人，死者有幾萬人。
夏季，四月，大赦天下。
丁卯，漢武帝立皇子劉據(jù)為太子，年齡只有七歲。
五月，乙巳晦日，出現(xiàn)日食。
匈奴軍隊(duì)一萬人入侵上谷，殺死幾百人。
當(dāng)初，張騫從月氏國回到漢朝之后，向漢武帝詳細(xì)介紹西域各國風(fēng)俗：“大宛國在大漢正西方，大概有一萬里。風(fēng)俗土著，耕種田地；有許多良馬，流出的汗都是紅色的；有城郭、房屋，與中國相同。
大宛國的東北是烏孫國，它的東面是于闐國。于闐國的西邊，河水都向西流入西海，以東的河水向東流入鹽澤。
鹽澤的河流在地下流淌，成為暗河，往南就是黃河源頭。鹽澤距離長安城大概五千里。匈奴的西界在鹽澤東面，直到隴西長城，南面與羌人部落接壤，將我國通往西域的道路隔斷。
烏孫、康居、奄蔡、大月氏，都是游牧的國家，隨牲畜移動(dòng)草盡水枯而居，風(fēng)俗與匈奴相同。大夏國在大宛西南方，風(fēng)俗與大宛相同。我在大夏的時(shí)候，我見到邛山出產(chǎn)的竹杖、蜀地的布，我問他們說：“這些東西從哪里弄來的？‘
大夏國人說：“是我國商人去身毒國購買的?！矶緡诖笙膰鴸|南大概幾千里，其風(fēng)俗土著，與大夏國相同。據(jù)我估計(jì)，大夏國距離大漢一萬二千里，在大漢西南方；現(xiàn)在身毒國又在大夏國東南幾千里，有我國蜀地的東西，這說明身毒國距離蜀地不遠(yuǎn)了。如今我國出使大夏，從羌中部落取道，道路險(xiǎn)惡，羌人又厭惡；如果稍微往北方向走，便會(huì)被匈奴所捉；如果從蜀地取道，應(yīng)該是直路，又沒有強(qiáng)盜。
漢武帝聽到大宛及大夏、安息等都是大國，多產(chǎn)奇異之物，土著，頗與中國相同，但是軍力衰弱，喜愛大漢財(cái)物。其北面有大月氏、康居等國，兵力強(qiáng)盛，可以賄賂引誘為我國所用。如果能以德服人，那么中國的疆域可以擴(kuò)大萬里，遠(yuǎn)方的人經(jīng)過輾轉(zhuǎn)翻譯才能聽懂，風(fēng)俗各異的國家將歸入中國，陛下的恩德遍及天下，漢武帝欣然認(rèn)為張騫說的對(duì)。
便命令張騫借助蜀郡、犍為郡，派遣王然于等人從駹、冉、徙、邛、僰間四道向身毒國出發(fā)，各路使者出行一二千里，北方被閉氐、莋等部落阻擋，南方被于巂、昆明阻擋。昆明地區(qū)沒有統(tǒng)一的酋長，擅長侵?jǐn)_劫掠，總是劫殺漢朝使者，所以始終無人能通過此路。
于是漢朝使者為了探尋身毒國的道路，才開通了于闐國。滇王當(dāng)羌對(duì)漢朝使者說：“漢朝與我國相比誰更大？”
夜郎侯也提出同樣問題。因?yàn)榈缆凡煌?，所以各自為一州之主，不知道漢的廣大。使者返回京城，極力申說滇是大國，值得爭取它親近依附；引起漢武帝注意，于是又重新開始經(jīng)營西南夷區(qū)。
世宗孝武皇帝中之上元狩二年
庚申，公元前121年
冬季，十月，漢武帝親臨雍，祭祀天帝和五帝。
三月，戊寅，丞相、平津獻(xiàn)侯公孫弘去世。壬辰，漢武帝任命御史大夫樂安侯李蔡為丞相，廷尉張湯為御史大夫。
漢武帝任命霍去病為驃騎將軍，率領(lǐng)一萬騎兵，從隴西出發(fā)攻擊匈奴，經(jīng)歷五個(gè)王國，轉(zhuǎn)戰(zhàn)六天，越過焉支山一千余里，斬殺匈奴折蘭王，斬殺匈奴盧侯王，俘獲渾邪王的王子及相國、都尉，斬首俘獲匈奴八千九百余級(jí)，并且奪取休屠王祭祀上天的金人。漢武帝下詔增封霍去病食邑二千戶。
夏季，霍去病與合騎侯公孫敖率領(lǐng)幾萬騎兵，同時(shí)從北地分兩路閃擊匈奴。衛(wèi)尉張騫、郎中令李廣也同時(shí)從右北平分路出擊。李廣率領(lǐng)騎兵為先鋒，距離大部隊(duì)幾百里，張騫率領(lǐng)一萬騎兵在后面殿后。
匈奴左賢王率領(lǐng)四萬騎兵包圍李廣，李廣軍士都害怕腿抖個(gè)不停；李廣便派遣自己的兒子李敢獨(dú)自率領(lǐng)幾十騎兵直穿敵陣，從敵陣左右沖出后返回，李敢對(duì)李廣報(bào)告說：“匈奴兵容易對(duì)付罷了！”