江充带着一大批人到皇宫里来发掘木头人。他们先从跟汉武帝疏远的后宫开始，一直搜查到卫皇后和太子刘据的住室，各处的地面都被纵横翻起，以致太子和皇后连放床的地方都没有了。为了陷害太子刘据，江充趁别人不注意，把事先准备好的木头人拿出来，大肆宣扬说：“在太子宫里挖掘出来的木头人最多，还发现了太子书写的帛书，上面写着诅咒皇上的话。我们应该马上奏明皇上，办他的死罪。”

此时汉武帝在甘泉宫养病，不在长安。太子刘据召问少傅石德，石德说：“丞相公孙贺一家、两位公主、长平侯卫伉都因为巫蛊死了，现在在太子的宫里挖出桐木人，是巫师放置的还是确实有，我们自己是无法解释清楚的，而且皇上在甘泉宫养病，皇后和我们派去的人都被拦住不报，现在根本见不到皇上，甚至连皇上在不在了都不知道，奸臣做出这些事，难道太子忘了秦朝的太子扶苏是怎么死的吗？”

建议太子越权行事，拘捕江充等人及追查他们的阴谋，太子在情急下同意石德所言。征和二年（公元前91年）七月壬午，太子派人假冒使者收捕江充等人。江充助手韩说怀疑使者身份，不肯受诏，被来人杀了。太子派人禀告皇后，又分发武器给侍卫。太子向百官宣布江充谋反，把江充杀了。

当时江充另一助手苏文逃到武帝处，向武帝控诉太子，武帝开始并不相信此说，派使者召太子，但使者不敢到太子那里，回报武帝说“太子反已成，欲斩臣，臣逃归。”武帝大怒，下令丞相刘屈髦率兵平乱。太子来到北军军营南门之外，站在车上，将护北军使者任安召出，颁与符节，命令任安发兵。但任安拜受符节后，却返回营中，闭门不出。太子带人离去，将长安四市的市民约数万人强行武装起来，到长乐宫西门外，正遇到丞相刘屈髦率领的军队，与丞相军激战五日，死者数万人。

长安城有流言说太子谋反，所以人们不敢依附太子，而丞相一边的兵力却不断加强，最终，太子势孤力弱而兵败，唯有逃离长安。守门官田仁放太子逃出长安，丞相刘屈髦要杀田仁，御史大夫暴胜之对丞相说：“司直为朝廷二千石大员，理应先行奏请，怎能擅自斩杀呢！”于是丞相将田仁释放。

汉武帝听说后大发雷霆，将暴胜之逮捕治罪，责问他道：“司直放走谋反的人，丞相杀他，是执行国家的法律，你为什么要擅加阻止？”暴胜之惶恐不安，自杀而死。武帝诏遣宗正刘长乐、执金吾刘敢奉策收皇后玺绶，卫子夫选择了自杀。武帝将任安与田仁一同腰斩，太子的众门客一律处死；凡是跟随太子发兵的，一律按谋反罪灭族；各级官吏和兵卒凡非出于本心，而被太子挟迫的，一律放逐到敦煌郡。同时武帝因数人追捕太子等有功而封其为侯。

汉武帝愤怒异常，群臣感到忧虑和恐惧，不知如何是好。壶关三老令孤茂上书汉武帝为太子申冤。他声称太子进则不得见上，退则困于乱臣，独冤结而无告，不忍忿忿之心，起而杀充，恐惧逋逃，子盗父兵，以救难自免耳；臣窃以为无邪心。（太子进则不能面见皇上，退则被乱臣的陷害困扰，独自蒙冤，无处申诉，忍不住忿恨的心情，起而杀死江充，却又害怕皇上降罪，被迫逃亡。太子作为陛下的儿子，盗用父亲的军队，不过是为了救难，使自己免遭别人的陷害罢了，并非有什么险恶的用心。）

太子向东逃到湖县（今河南灵宝西），隐藏在泉鸠里。主人家境贫寒，经常织卖草鞋来奉养太子。太子有一位以前相识的人住在湖县，听说很富有，太子派人去叫他，于是消息泄露。八月辛亥（初八），地方官围捕太子。太子知道自己难以逃脱，便回到屋中自缢而死。主人与搜捕太子的人格斗而死，二位皇孙也一同遇害。

太子有三子一女，史书留名的是史皇孙刘进（即刘询之父），全部因巫蛊之乱而遇害，只留下一位孙子刘病已，后改名刘询，为汉宣帝。久之，巫蛊事多不信。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。上颇知太子惶恐无他意，会高寝郎田千秋上急变，讼太子冤曰：“子弄父兵，罪当笞；天子之子过误杀人，当何罢哉！臣尝梦见一白头翁教臣言。”

于是汉武帝霍然醒悟，立即就任命田千秋为大鸿胪，并下令将江充满门抄斩，将苏文烧死在横桥之上。曾对太子兵刃相加的人也陆续被杀。上怜太子无辜，就派人在湖县修建了一座宫殿，叫作“思子宫”，又造了一座高台，叫作“归来望思之台”，借以寄托他对太子刘据和那两个孙子的思念，天下闻而悲之。