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，想要殺死他們而發兵。

　　招丞相，丞相來了，內史、中尉都不來。劉安心想，只殺一個丞相沒有好處，便罷免丞相。劉安猶豫不決，計策沒有決定。太子便自殺，但是自殺未遂。

　　伍被獨自前往廷尉那里，告發與劉安謀反蹤跡，廷尉于是逮捕淮南國太子、王后，包圍王宮，悉數逮捕淮南國內淮南王與淮南王一起謀反的賓客，搜索到證據，把事情報告朝廷。漢武帝命令公卿處治劉安黨羽，派宗正用皇帝符節處治劉安。

　　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，所有參與謀反計劃的人都滅族。

　　漢武帝因為伍被平素的言語多次贊美朝廷，想不殺他。廷尉張湯說：“伍被首先為淮南王作謀反計劃，罪不可赦。”于是伍被被殺。

　　侍中莊助素來與淮南王互相結交，二人私下議論天下大事，淮南王贈送莊助很多財物；漢武帝認為這是小罪而已，不想殺他。張湯堅持要殺，認為說：“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。”莊助最終在街頭斬首示眾。

　　衡山王劉賜上書，請求廢掉太子劉爽，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，告發說“劉孝制造有望樓的戰車、利箭、與父親姬妾私通”，想要借此機會除掉劉孝。

　　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共同謀反枚赫、陳喜等人。公卿請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，漢武帝立皇子劉據為太子，年齡只有七歲。

　　五月，乙巳晦日，出現日食。

　　匈奴軍隊一萬人入侵上谷，殺死幾百人。

　　當初，張騫從月氏國回到漢朝之后，向漢武帝詳細介紹西域各國風俗：“大宛國在大漢正西方，大概有一萬里。風俗土著，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，隨牲畜移動草盡水枯而居，風俗與匈奴相同。大夏國在大宛西南方，風俗與大宛相同。我在大夏的時候，我見到邛山出產的竹杖、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。‘身毒國在大夏國東南大概幾千里，其風俗土著，與大夏國相同。據我估計，大夏國距離大漢一萬二千里，在大漢西南方；現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了。如今我國出使大夏，從羌中部落取道，道路險惡，羌人又厭惡；如果稍微往北方向走，便會被匈奴所捉；如果從蜀地取道，應該是直路，又沒有強盜。

　　漢武帝聽到大宛及大夏、安息等都是大國，多產奇異之物，土著，頗與中國相同，但是軍力衰弱，喜愛大漢財物。其北面有大月氏、康居等國，兵力強盛，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大萬里，遠方的人經過輾轉翻譯才能聽懂，風俗各異的國家將歸入中國，陛下的恩德遍及天下，漢武帝欣然認為張騫說的對。

　　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，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。昆明地區沒有統一的酋長，擅長侵擾劫掠，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。滇王當羌對漢朝使者說：“漢朝與我國相比誰更大？”

　　夜郎侯也提出同樣問題。因為道路不通，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，于是又重新開始經營西南夷區。

　　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，率領一萬騎兵，從隴西出發攻擊匈奴，經歷五個王國，轉戰六天，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，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幾萬騎兵，同時從北地分兩路閃擊匈奴。衛尉張騫、郎中令李廣也同時從右北平分路出擊。李廣率領騎兵為先鋒，距離大部隊幾百里，張騫率領一萬騎兵在后面殿后。

　　匈奴左賢王率領四萬騎兵包圍李廣，李廣軍士都害怕腿抖個不停；李廣便派遣自己的兒子李敢獨自率領幾十騎兵直穿敵陣，從敵陣左右沖出后返回，李敢對李廣報告說：“匈奴兵容易對付罷了！”