请求留在京师，因为窦太后很宠爱刘武所以得以获准。刘武入宫陪侍汉景帝同乘步辇，出宫则同车游猎，到上林苑去射鸟兽。梁国的侍中、郎官、谒者只需在名簿上登记上姓名，使可以出入天子殿门，和朝廷的官员没有区别。
汉景帝废黜太子刘荣，窦太后想要让刘武作为继承人，大臣们和袁盎等劝阻汉景帝，窦太后的动议受阻，从此也就不再提让刘武做继承人这件事。因为这件事很秘密，世人没有谁知道，刘武于是辞别朝廷回归封国。
汉景帝立胶东王刘彻为太子，刘武对袁盎和参与议嗣的大臣非常怨恨，就和羊胜、公孙诡等人谋划，暗中派人刺杀袁盎等十多位大臣，汉景帝怀疑刘武，待捕获到凶手发现果然是刘武所主使。于是汉景帝派遣使者不断在至梁国的路上来往，到梁国去反复查验，准备逮捕公孙诡、羊胜。公孙诡、羊胜藏匿在刘武的后宫，使者对梁国二千石官员挨个责问，梁相轩丘豹和内史韩安国进谏刘武，刘武才命令羊胜、公孙诡都自杀，之后把他们交了出来。
汉景帝因此怨恨刘武，刘武特别害怕，派韩安国、邹阳分别通过长公主刘嫖和皇后王娡之兄王信，向窦太后和汉景帝请求宽宥，这才得到了汉景帝的宽恕。负责调查梁王的田叔也劝景帝看在窦太后的份上放过梁王一马，得到景帝首肯。
汉景帝的怒气逐渐消释，刘武便上书请求朝见，到达函谷关后，茅兰劝刘武乘坐布车带两个骑兵入京，躲藏在长公主的园囿之中。朝廷派使者迎接刘武，而刘武已经入关，随从车马都在关外，不知刘武所在。窦太后没有找到刘武，以为刘武被汉景帝所杀，哭泣道：“皇上杀了我的儿子！”汉景帝因为窦太后的误会，甚为忧恐。刘武到长安知道此事后背着刑具俯伏在宫廷门下，认罪自请处罚。窦太后、汉景帝见到刘武安然无恙非常高兴，相对哭泣，兄弟之情又如以前。然后把刘武的随从官员悉召入关，但自此汉景帝渐渐疏远刘武，不再和他同乘车辇了。
刘武又入京朝见皇帝，呈上奏折请求留住京师，汉景帝没有答应。刘武回到封国后，心神恍惚，闷闷不乐，就到北方的良山打猎散心，有人献上一头背上长着脚的牛，刘武对它感到特别厌恶。刘武得了热病，过了六天就死了，死后被谥为孝王。
刘武，文景时期的