自古最悲帝王家，父子相残，兄弟相杀的惨剧，几千年来，发生的不止一起两起。
太子兵败之后，参与作战和平叛的官员将领都得到封赏，擒获如侯的马通被封为重合侯，长安居民景建跟着马通一起捉拿了太子的老师石德，被封为德侯，商丘成作战有力，擒获太子门客张光，封为其侯。江充已经被太子杀死，武帝进行了追封，并对紧急告密的苏文更加重用。
太子自杀之前，壶关地区的壶关三老令孤茂就向武帝上书，陈述太子贤德，奸臣祸乱宫廷，才造成这父子相残的惨剧，并不是太子自愿想要起兵谋反。武帝看了他们的上书，有一些悔悟，但依旧没有撤销通缉太子的命令。征和三年的时候，狱中因巫蛊事件被抓的百姓和官吏，大多被发现是诬告，得以被释放，而武帝也感觉到，说太子通过巫蛊之术对自己的诅咒，也是别人的陷害。正好此时，守卫汉高祖祭庙的郎官田千秋又上紧急奏章，为太子刘据鸣冤，武帝召见他之后，他声称是梦中一位白胡子老人告诉自己这样说的，武帝于是幡然醒悟，并升任其为大鸿胪。 同时武帝下令江充满门抄斩，将苏文烧死在横桥之上，凡是当初对太子兵刃相加的人都被流放或者处死。汉武帝怜惜刘据无辜遭害，便特修一座思子宫，又在湖县建了一座归来望思之台，以寄托对太子的哀思，天下人听说这件事后，都很悲伤。
太子死后，丞相刘屈氂和贰师将军李广利密谋让昌邑王继承帝位，被人告发后，刘屈氂被腰斩于市，其夫人也被枭首华阳街，李广利当时正出征匈奴，妻儿老小全部被杀，只得率兵投降匈奴，大汉几万军队一去不返，使得匈奴又猖獗了几十年。而武帝更借各种借口，诛杀皇室和高级官员，一时国本动荡。
征和四年，汉武帝深感自己当政以来，大兴兵戈，国库空虚，百姓生活贫苦，晚年又发生奸臣祸乱，父子相残的惨剧，于是在泰山向天下检讨自己的过失，颁发轮台罪己诏，从新施行休养生息的国策。此后，武帝开始安排自己的身后之事，一方面挑选托命贤臣，一方面铺平太子道路。公元前88年，皇子刘弗陵的生母因过失受到责斥，忧死云阳宫。公元前87年二月，武帝在弥留之际册封幼子刘弗陵为太子，正式定为国家继承人，四天之后，汉武帝驾崩五柞宫，霍光受汉武帝遗诏，与车骑将军金日磾、左将军上官桀、御史大夫桑弘羊等人共同辅佐朝政。
刘彻享年七十岁，承皇帝位53年，因其武功，谥号孝武皇帝，庙号世宗，葬于茂陵。
