然而，由于当时朝廷正在查办淮南国的案子，为了防止淮南国的使者在京城刺探情报，京城对于诸侯国使者盘查极为严格，结果白赢还没来得急上书便被逮捕了，虽然事后查明他与淮南国并无关系，乃是来自于衡山国，但还是被关押在了大牢之中，直到后来廷尉张汤提审。

衡山王刘赐得知消息，担心白赢供出自己参与谋反之事，便决定先下手为强，上书告发太子大逆不道之罪。汉武帝遂下令将此案交给沛郡审理。

元狩元年（前123年）冬，白赢在张汤的一番审讯下，供出了衡山王参与谋反之事，同时交代出了参与谋反的刘孝门客陈喜。廷尉张汤没想到又被自己抓到了一条大鱼，立即将此事上奏汉武帝，取得同意后立即派人赶赴衡山国，并在刘孝府上将陈喜捉拿归案。

陈喜到案后，很快便交代了衡山王刘赐和儿子刘孝谋反之事，并将自己替衡山王刘赐所做的事情和盘托出，公卿大臣为此纷纷上书弹劾刘孝包庇窝藏陈喜之罪。

刘孝自然知道陈喜与父亲密谋造反之事，年少的他在陈喜被抓之后便整日担惊受怕，一方面担心陈喜将自己供出来，另一方面也担心白赢趁机攀咬自己。为了获得赦免，刘孝心一横便选择了抢先自首，供出了父亲密谋造反之事，并将参与谋反的枚赫、陈喜等人一并告发。

张汤拿到这些铁证，再次上书汉武帝，请求逮捕衡山王刘赐治罪。汉武帝遂派中尉司马安、大行李息前去审问衡山王，刘赐自知无法抵赖，只得如实招供，随之被幽禁于衡山王府。

中尉司马安、大行李息回京禀报汉武帝后，汉武帝又命宗正、大行李息和沛郡郡守一起查办衡山王刘赐，刘赐得知消息后，自知难逃严惩，最终选择了自杀。刘孝虽然因为自首被免除了谋反之罪，但还是因为与衡山王婢女通奸之罪而被杀。此外，王后徐来因为谋害前任王后乘舒，太子刘爽因为告发王父为不孝，也都被斩首示众。其他参与衡山王谋反之事者也都被正法，衡山国随之被废。

事后，段宏由于此前先后两次出使淮南，不仅未能查获淮南王谋反证据，更未能及时察觉出淮南王谋反迹象，差点给朝廷酿成巨祸，因此被罢免中尉一职。

虽然先后两王因谋反被杀，但张汤似乎并未打算作罢，经过进一步深入追查，不久便又有一位诸侯王被牵连了进来，他便是江都王刘建。

刘建生性极为好色，而且色胆包天，早在他还是王太子时，邯郸人梁蚡带了一个女子想要献给其父江都易王刘非，刘建听说这个女子很美，便将其私下里扣留了下来，气的梁蚡怒斥其“儿子竟与父争妻！”刘建听说后大怒，派人将梁蚡杀死，只因恰逢朝廷大赦这才没有被治罪。

元朔元年（前128年），江都易王刘非薨逝，刘建还不等父亲下葬，便与父亲所宠爱的美人淖姬等十余人厮混在了一起。不仅如此，刘建连自己的亲妹妹也没有放过，他趁着已经嫁给盖侯之子的妹妹刘征臣回来奔丧，而与其私通。

刘建除了好色之外，性格也极为残暴，时常以各种方式残害他人而取乐，例如他游览建章台宫时，曾让四个女子乘船，他却突然将船踹翻，以致两人被淹死。又如游览雷波时，正好遇到刮大风，他又强命两个男子乘船入波中，结果导致两人因船翻落水，他非但不许人救援，反而看着两人在水中时隐时现取乐，以致两人被淹死。再如宫中姬妾稍有过错，他便以放狼撕咬、鞭打等各种方式将其折磨致死。

由于太过淫乱暴虐，自知自己罪孽深重的刘建，便也时常担心自己有一天会罪行暴露被杀，于是又和王后成光一起用巫蛊之术诅咒汉武帝。后来，他风闻淮南王和衡山王阴谋造反，他便也打造兵器、招揽人才，准备起兵响应。

张汤在查出江都王刘建的反迹后，再度上书汉武帝，汉武帝遂命