公元前151年（漢景帝前元七年）十月，劉武入京晉見漢景帝。漢景帝派使者拿著符節(jié)，駕著皇帝乘坐的駟馬車，到關(guān)前迎候梁王。朝見漢景帝后，劉武呈上奏折請求留在京師，因為竇太后很寵愛劉武所以得以獲準。劉武入宮陪侍漢景帝同乘步輦，出宮則同車游獵，到上林苑去射鳥獸。梁國的侍中、郎官、謁者只需在名簿上登記上姓名，使可以出入天子殿門，和朝廷的官員沒有區(qū)別。 [13]

爭繼帝位

公元前151年（漢景帝前元七年）十一月，漢景帝廢黜太子劉榮，竇太后想要讓劉武作為繼承人。大臣們和袁盎等勸阻漢景帝，竇太后的動議受阻，從此也就不再提讓劉武做繼承人這件事。因為這件事很秘密，世人沒有誰知道。劉武于是辭別朝廷回歸封國。 [14]

公元前149年（漢景帝前元八年）夏四月，漢景帝立膠東王劉徹為太子。劉武對袁盎和參與議嗣的大臣非常怨恨，就和羊勝、公孫詭等人謀劃，暗中派人刺殺袁盎等十多位大臣。漢景帝懷疑劉武，待捕獲到兇手發(fā)現(xiàn)果然是劉武所主使。于是漢景帝派遣使者不斷在至梁國的路上來往，到梁國去反復(fù)查驗，準備逮捕公孫詭、羊勝。公孫詭、羊勝藏匿在劉武的后宮。使者對梁國二千石官員挨個責(zé)問，梁相軒丘豹和內(nèi)史韓安國進諫劉武，劉武才命令羊勝、公孫詭都自殺，之后把他們交了出來。漢景帝因此怨恨劉武，劉武特別害怕，派韓安國、鄒陽分別通過長公主劉嫖和皇后王娡之兄王長君（王信）向竇太后和漢景帝請求寬宥，這才得到了漢景帝的寬恕。 [15] [26] 負責(zé)調(diào)查梁王的田叔也勸景帝看在竇太后的份上放過梁王一馬，得到景帝首肯。 [27]

漢景帝的怒氣逐漸消釋，劉武便上書請求朝見。到達函谷關(guān)后，茅蘭勸劉武乘坐布車帶兩個騎兵入京，躲藏在長公主的園囿之中。朝廷派使者迎接劉武，而劉武已經(jīng)入關(guān)，隨從車馬都在關(guān)外，不知劉武所在。竇太后沒有找到劉武，以為劉武被漢景帝所殺，哭泣道：“皇上殺了我的兒子！”漢景帝因為竇太后的誤會，甚為憂恐。劉武到長安知道此事后背著刑具俯伏在宮廷門下，認罪自請?zhí)幜P。竇太后、漢景帝見到劉武安然無恙非常高興，相對哭泣，兄弟之情又如以前。然后把劉武的隨從官員悉召入關(guān)。但自此漢景帝漸漸疏遠劉武，不再和他同乘車輦了。 [16]

得病去世

公元前144年（漢景帝中元六年）的冬天，劉武又入京朝見皇帝，呈上奏折請求留住京師，漢景帝沒有答應(yīng)。劉武回到封國后，心神恍惚，悶悶不樂，就到北方的良山打獵散心，有人獻上一頭背上長著腳的牛，劉武對它感到特別厭惡。當(dāng)年的六月中旬，劉武得了熱病，過了六天就死了。死后被謚為孝王。