太子也向文武百官宣告说：“皇上在甘泉宫生病被困，我怀疑有变故，奸臣们想要作乱！”汉武帝于是从甘泉宫来到长安城西的建章宫，下令征发三辅地区附近各县的军队，让俸禄在二千石以下的官员都归丞相指挥。太子也派人假传圣旨，赦免长安城里监狱里的囚徒，让少傅石德和门客张光等人分别带领。他还派长安的囚徒如侯拿着符节去征发长水和宣曲两地的胡人骑兵，让他们整装待发，前来会合。侍郎马通受汉武帝派遣来到长安，他追上如侯，对胡人骑兵说：“符节是假的，别听他的！”然后杀了如侯，带着骑兵进入长安。汉武帝又调发水军交给大鸿胪商丘成指挥。以前汉朝的符节都是纯红色的，因为太子用的是红色符节，所以汉武帝就把符节改成黄色，并加上旄作为区别。
太子站在北军南门外，召见护北军使者任安，给了他符节，让他出兵。任安拜倒在地，接过符节，却进了军营，把营门一关，不再出来。太子没办法，只好带着人离开，又临时召集了长安城里四个商业区的几万人，来到长乐宫西边的阙下，正好碰上丞相的军队，双方混战了五天，死了好几万人，鲜血流进了水沟里。老百姓都传言太子造反，所以都不支持太子，而丞相那边的军队却越来越多。
庚寅日，太子的军队战败，他向南逃到覆盎城门。司直田仁负责把守城门，他觉得太子毕竟是皇上的儿子，不忍心逼得太紧，太子这才得以出城逃走。丞相想杀了田仁，御史大夫暴胜之对丞相说：“司直是二千石的官员，要杀他应该先请示皇上，你怎么能擅自做主呢！”丞相这才放了田仁。汉武帝听说后大发雷霆，下令把暴胜之抓起来责问：“司直放走造反的人，丞相杀他，这是依法办事，你为什么擅自阻止？”暴胜之吓得惶恐不安，自杀了。汉武帝又派宗正刘长、执金吾刘敢拿着诏书，去收回皇后的玺绶，皇后知道后也自杀了。汉武帝认为任安是个老官吏，看到发生战事，就想坐山观虎斗，等看到谁胜了就去投靠谁，心怀二心，于是把任安和田仁都处以腰斩。因为马通抓住了如侯，长安男子景建跟着马通抓住了石德，商丘成奋勇作战抓住了张光，汉武帝就封马通为重合侯，景建为德侯，商丘成为秺侯。凡是太子的门客，只要曾经进出过宫门的，一律处死；那些跟着太子发兵的，按照造反的罪名灭族；被太子的军队胁迫参与的官吏和士兵，都被流放到敦煌郡。因为太子在逃，汉武帝开始在长安各城门驻扎军队，加强防备。
汉武帝愤怒到了极点，大臣们忧心忡忡，却不知如何是好。壶关三老令狐茂上书说：“父亲就像天，母亲好比地，子女如同大地上生长的万物。只有天朗气清，地脉安宁，万物才能茁壮成长；也只有父母慈爱，子女才会孝顺恭敬。如今皇太子是汉朝的合法继承人，肩负着传承万世基业、延续祖宗香火的重任，论亲缘，他是皇帝的嫡长子。可江充呢，不过是一介平民，出身市井底层，陛下却破格重用他。他仗着皇命，欺辱皇太子，编造谎言，勾结奸邪，生生阻断了父子间沟通的渠道。太子往前，见不到陛下；往后，又被乱臣逼迫，满心冤屈却无处申诉，一时激愤杀了江充，随后因恐惧而逃亡。他动用军队，不过是想自保，绝没有谋反的心思。《诗经》里说：‘绿头苍蝇嗡嗡飞，停在篱笆上。和善明理的君子啊，别信谗言。谗言没个准，会搅乱四方。’以前江充进谗言害死赵太子，天下人都知道。陛下却没有仔细调查，反而重重责罚太子，还大发雷霆，派大军追捕，甚至让三公亲自带兵。如今有智慧的人不敢进言，能言善辩的人不敢劝说，我实在痛心啊！恳请陛下平心静气，体察太子的苦衷，别再追究他的过错，赶紧撤兵，别让太子长期流亡在外！我怀着一片赤诚，冒死上书，在建章宫下等候治罪！”汉武帝看了奏章，内心有所触动，但还没有公开下旨赦免太子。
太子逃亡后，向东逃到湖县，藏在泉鸠里一户人家。这家人很穷，靠卖草鞋供养太子。太子在湖县有个旧相识，听说对方家境富裕，就派人去联系，结果因此暴露行踪。八月辛亥日，官府派人包围抓捕太子。太子料想无法逃脱，就进屋子关门上吊自杀。山阳男子张富昌是负责追捕的兵卒，他一脚踹开房门，新安令史李寿冲进去抱住太子，想救下他。这户人家的主人为保护太子，与官兵搏斗而死，太子的两个皇孙也一同遇害。汉武帝虽痛心太子之死，却还是封李寿为邘侯，张富昌为题侯 。
当初，汉武帝为太子修建博望苑，让他结交宾客，随自己心意行事，所以太子的宾客中，不少人带来了奇谈怪论。
司马光评论道：古代贤明的君主培养太子，会挑选正直、敦厚、善良的人担任太子的老师、朋友，让他们朝夕相处。太子身边全是正人君子，日常行为也都合乎正道，即便如此，仍有太子走上邪路、招致灾祸的。如今却让太子自行结交宾客，放任他的喜好。正直的人难以亲近，阿谀奉承的人却容易投合，这是人之常情，太子不得善终也是意料之中！
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