公元前151年（汉景帝前元七年）十月，刘武入京觐见汉景帝。朝见汉景帝后，刘武呈上奏折请求留在京师，因为窦太后很宠爱刘武所以得以获准。当时，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，和朝廷的官吏没有区别。从这一角度来看，刘武仗着太后的宠幸，根本不知道收敛。
公元前151年（汉景帝前元七年）十一月，汉景帝废黜太子刘荣，窦太后因为喜欢刘武，就想要让他作为继承人。得知这一消息后，大臣们和袁盎等人劝阻汉景帝，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。不过，刘武也不好继续留在都城，于是辞别朝廷回归封国。
三
公元前149年（汉景帝前元八年）夏四月，汉景帝立胶东王刘彻为太子。刘武得知这一消息后，就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。
对此，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。无奈之下，刘武才命令羊胜、公孙诡都自杀，之后把他们交了出来。因为这件事情，汉景帝和刘武这对兄弟自然出现了重大裂痕。
在窦太后等人的求情下，汉景帝的怒气逐渐消释，但是，自此之后，汉景帝渐渐疏远刘武，不再和他同乘车辇了。公元前144年（汉景帝中元六年）的冬天，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。
明白自己遭到了汉景帝的猜忌，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。当年的六月中旬，刘武得了热病，过了六天就死了。刘武郁郁而终后，被朝廷追谥为孝王。
