送行到渭桥。李广利说：“希望您早日奏请皇上立昌邑王为太子。如果昌邑王能即皇帝位，您以后还有什么可忧虑的呢？”刘屈牦应诺。昌邑王刘为李广利的妹妹李夫人所生，李广利女儿又是刘屈牦的儿媳妇，所以二人都希望立昌邑王为太子。就在这时，内者令郭穰向朝廷告发说：“丞相夫人诅咒皇上，又与贰师将军一起祈祷神灵，要让昌邑王为帝。”汉武帝命人调查属实，定为大逆不道之罪。六月，汉武帝下令逮捕丞相刘屈牦，将他放在装载食物的车上游街示众，然后押往长安东市腰斩，刘屈牦的夫人和儿子在华阳街斩首后悬首挂头颅示众；李广利的妻子儿女也被逮捕。李广利听到这一消息后，忧愁惊恐。一位因避罪而从军的幕僚胡亚夫劝说李广利道：“将军的夫人和家属都已被逮捕下狱，将军若是回去，稍不如皇上之意，就等于自投罗网。那时候，郅居水以北，可以再得见吗？归降匈奴就不可能了。”李广利于是狐疑不定，但仍然希望能够深入匈奴腹地立功，则皇上或许还能回心转意，于是率军继续北进至郅居水畔。匈奴军已然退去，李广利命令护军将领率骑兵二万渡过郅居水，与匈奴左贤王、左大将率领崐的二万骑兵遭遇，双方交战一日，汉军杀死左大将，匈奴兵死伤甚众。汉军长史与决眭都尉辉渠侯商议道：“贰师将军已怀有二心，却想将全军置于危险境地，以求自己建立功绩，恐怕一定要失败。”于是二人合谋共同将李广利擒住。李广利听到消息后，将长史处斩，率兵退至燕然山。单于知道汉军已疲劳不堪，便亲率骑兵五万拦击李广利，双方都伤亡惨重。入夜后，匈奴派人在汉军前进的路上挖了一条深达数尺的濠沟，然后在汉军背后发动猛烈攻击，汉军大乱，李广利于是投降。单于平时早就听说李广利是汉朝大将，便将女儿嫁给李广利为妻，对他的尊宠在卫律之上。汉武帝听说李广利投降匈奴，便将其满门抄斩。
秋季，发生蝗灾。
九月，原城父县令公孙勇与其门客胡倩等谋反。胡倩假称自己是光禄大夫，奉命缉捕盗贼。淮阳太守田广明发觉有诈，派兵将胡倩逮捕处死。公孙勇身穿绣衣，乘坐四匹马拉的车来圉县，被圉县守尉魏不害等杀死。汉武帝封魏不害等四人为侯。
官吏和百姓以巫蛊害人罪相互告发的，经过调查发现多为有不实。此时汉武帝也颇知太子刘据是因被江充逼迫，惶恐不安，才起兵诛杀江充，并无他意，正好守卫汉高祖刘邦祭庙的郎官田千秋又上紧急奏章，为太子鸣冤说：“作儿子的擅自动用父亲的军队，其罪应受鞭打。天子的儿子误杀了人，又有什么罪呢！我梦见一位白发老翁，教
