刘长见文帝不治其罪，便即辞行，文帝准他回国，他就备好归装，昂然出都去了。
审食其死后门客四散，不免有人在外将惠帝当日欲杀审食其，赖朱建设计救出之事四处传说，竟被文帝得知，遂遣吏往捕朱建。吏人奉命到了朱建家中。朱建闻信便欲自杀，其子与吏人等同声劝道，案情轻重尚未可知，何必枉送一命。朱建不听对其子说道：“我死当可无事，免得汝等罹祸！”遂拔剑自刎而死。吏人见朱建已死回报文帝，文帝叹惜道：“我又没说要杀朱建，只是找他问问情况，他又何必如此呢！”遂召朱建儿子入朝拜为中大夫。朱建为食其而死也不值得。
却说刘长得赦得意扬扬，回到淮南后放纵更甚，僭用天子仪仗，出入皆称警跸，自作法令，逐去朝廷所置丞相及二千石以上之官，另行委任。又私自封人为关内侯，擅赦罪人，妄杀无辜，藏匿亡命，每上书朝廷，言语傲慢。文帝见其种种不法，每事优容，旁有袁盎谏道：“诸侯太骄必生祸患，愿陛下稍加惩戒，削其土地以儆将来。”文帝不听，谁知刘长愈加横行，后来弄得实在不堪，文帝尚不忍亲加责备，只命国舅薄昭致书刘长，数其罪恶劝令改过。刘长得书心中不悦，于是蓄谋造反。便与棘蒲侯柴武之子柴奇暗通消息，让他作为内应定期起事。
柴奇即遣开章往见刘长，请其遣使往闽越及匈奴乞兵来助。
开章既见刘长，刘长赐以居屋，并为之娶妻，给以二千石俸禄。开章遣人回报柴奇，却被官吏发觉，遂遣长安尉前往淮南捕拿开章。刘长急忙杀死开章，埋葬后却对长安尉说道：“开章不知去向。”有司奏明文帝，文帝遣使往召刘长，刘长只得随同使者到京。
刘长既至长安，文帝命丞相张苍、御史大夫冯敬与宗正廷尉等会同审理。张苍等审得刘长谋反是实，罪应弃市。文帝见奏心中不忍，下诏废去淮南王，赦其死罪。群臣请将刘长解往蜀郡安置，文帝批令每日加刘长肉五斤，酒二斗，并选其得宠美人、才人等十人相随同往，由地方官为之起盖住屋。刘长被装入槛车解送赴蜀，其他共同谋反之人全部诛死。
谁知刘长身坐槛车徙锢蜀中，途中顾语左右道：“何人说我好勇不肯奉法？我因平时骄纵致有今日。今悔已无及恨亦无益，不如就此自了吧。”左右听着怕他寻死，格外加防。刘长愤不欲生水米不沾，竟至活活饿死。左右没有发觉，所过州县官吏按驿传送，见槛车贴有封条也无人揭开一看，直至雍县地方县令才开封验视，却见刘长早已饿死了。赵姬负气自尽，刘长也是如此，毕竟有些遗传。
雍县县令当即飞使上报，文帝闻信后恸哭失声，命令将各县押送淮南王而不予开封进食者，一律弃市问斩。然后按照列侯的礼仪在雍县安葬了淮南王，并安置三十户人家守冢祭祀。
当时民间为准南王作歌道：一尺布，尚可缝；一斗粟，尚可舂，兄弟二人不相容。
文帝闻歌叹道：“昔周公诛管、蔡称为圣人，因其不以私害公也。今人民作此歌词，是不是说我贪得淮南土地呢？”文帝遂将淮南分为三国，立刘长三子为王。刘安为淮南王，刘勃为衡山王，刘赐为庐江王，追谥刘长为淮南厉王。
贾谊听说文帝封刘长三子为王，上疏谏道：“淮南王悖逆无道天下皆知，陛下赦其死罪迁往蜀道，中途遇疾而死，天下皆以为死得其当。今尊崇罪人之子为王。将来其子年长不忘父仇，陛下又封之以地，岂不是为虎添翼？”文帝不听，至武帝时，刘安及刘赐谋反，果如贾谊所言。
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