南王刘安的孙子刘建，遣好友庄芷告发淮南王太子刘迁及王后迫害其父刘不害，并说知晓淮南王全部的秘事。公孙弘的好友审卿因自己的祖父审食其被淮南厉王刘长所杀，故极力向公孙弘构陷刘长之子刘安的罪状。于是，公孙弘怀疑淮南王有叛逆的阴谋，决定深入追查此案。
当朝廷正在紧急深究淮南王及衡山王谋反案党羽之时，公孙弘却病重无法处理政事，公孙弘自知无功而侯，认为诸侯谋反是自己为相不称职的原故，并担心自己一旦病死将无法尽责，因此上书请辞丞相之职。武帝却赐予公孙弘牛酒布帛，令公孙弘专心养病，并未同意辞职。过了几个月，公孙弘身体康复，便回朝处理政务，武帝召集公卿、列侯及诸侯王共43人，与公孙弘共商谋反案，众人皆认为此案性质恶劣，大逆无道，应当诛杀。于是，公孙弘与廷尉张汤等把众人的议论上奏武帝，武帝派遣宗正刘弃持符节去审判淮南王。其后，淮南国被废为九江郡。
公孙弘曾经进言建议百姓不准携带弓弩，称十个贼人张开弓弩，一百个官吏不敢上前，盗贼不能及时被捕获，逃脱的就会多对贼人来说弓弩弊少而利多，这就是贼猖獗的原因。如果禁止百姓携带弓弩，那么盗贼只能与民众短兵相接，短兵相接则人多者胜。以众多的官吏补少数的盗贼，则势在必得，盗贼不能从中获得好处便不会再犯法，这是止刑罚之道。
武帝将此议下由众臣议论，光禄大夫吾丘寿王以古人制作兵器的目的，周室衰微而相贼害，秦废王道而乱亡为例，言圣王用教化百姓来代替防暴。又云大射之礼，良民自卫皆须弓弩，书奏上后，武帝以吾丘寿王之论反问公孙弘，公孙弘屈服。
做了六年丞相的公孙弘薨于任上，谥号献，儿子山阳太守公孙度嗣平津侯爵，御史大夫乐安侯李蔡接任丞相之职。