刘邦衣锦还乡，感慨万千，一方面有对时光流逝的感怀，另一方面也包含了对大汉帝国未来的隐隐担忧，这使得早年“用人不疑，疑人不用”的将将之才刘邦在晚年变得敏感而多疑。
从沛县回到长安后，陈豨的一个降将对刘邦说，当初陈豨谋反时，燕王卢绾曾经派人与陈豨有阴谋。于是刘邦马上派吕后的亲信辟阳侯审食其去请卢绾，卢绾称病不来，于是审食其就上报刘邦说卢绾有谋反的端倪。《汉书》的原文是“食其言反有端”，其实就是一种猜测而已。易中天先生在《汉代风云人物》中的观点是，卢绾不可能谋反，这是一桩冤案。这么说的理由有几个方面：
1）卢绾是高祖的同里。现在我们经常讲“同乡”、“老乡”来表示出自同一个地方的人，同时也暗示了这些人存在天然的亲近关系，这是自古而有之的。而同里比同乡更进一步，因为汉代的行政单位为“十里一亭”（或“十里一乡”），刘邦当年是泗水亭长，可见卢绾和刘邦是“亭”这个单位里更亲近的一部分人，不论是情感上，还是地理上。
2）刘邦和卢绾两家是世交。两人不但父亲关系很好，而且是同年同月同日生，长大后又一起上学。正因为两家如此亲密的关系，里中同乡还曾以酒肉相祝。
3）卢绾一直侍奉刘邦左右。刘邦还未起兵时，曾在家中避祸，卢绾就经常来照顾刘邦，起兵后，卢绾更是追随左右。汉军出关攻击项羽期间，卢绾以太尉随军，可自由出入刘邦的卧室，共谋秘事，另一个有如此“特权”的是刘邦同父异母的弟弟刘交，其余人包括萧何、曹参等都必须要以礼参见。《汉书·卢绾传》对此的描述是“虽萧、曹等，特以事见礼，至其亲幸，莫及绾者”。
刘邦对卢绾也是恩宠有加。当初卢绾随刘邦征燕王臧荼，臧荼死后，空出来的燕王被封给了功劳并不突出的卢绾，使卢绾成为了七大异姓王之一，萧何、张良、曹参、周勃、樊哙等功臣都没享受到这个待遇。既然如此，卢绾为什么要叛逃呢，这件事要从陈豨叛乱讲起。
当年刘邦御驾亲征到邯郸平叛陈豨时，卢绾率军奉命从东北方向攻击叛军。大兵压境之下，陈豨派使者王黄去向匈奴求助，同时，卢绾也派张胜出使匈奴，告诉他们陈豨已是强弩之末。张胜在匈奴处遇到了前任燕王臧荼之子臧衍，也许是出于对刘邦的憎恨，也许是出于对卢绾的担忧，臧衍对张胜说：“张兄之所以在燕国被重视，是因为你熟悉边务。而燕国能够存在，是因为现在很多诸侯王叛乱，刘邦应接不暇，希望燕王能在此稳固汉朝边境。如果陈豨被灭，边境局势趋缓，那么燕王就是下一个’陈豨’。张兄何不劝说燕王给陈豨留一条生路，并且跟匈奴联合，这样既能保证王位久存，即使有战事，也能出兵卫国。”张胜觉得言之有理，就私下里让匈奴攻击燕国。卢绾以为张胜要谋反，便上书请求族杀之，听了张胜的解释后才恍然大悟。于是卢绾对刘邦解释说是有人诬陷张胜，然后派张胜到匈奴做刺探，还暗中派范齐到陈豨处，商议执行臧衍之计。
陈豨兵败后，卢绾的勾当也随之败露，刘邦念及旧情没有立刻诛杀卢绾，而是派人前往召见，卢绾称病不往。后来刘邦又派辟阳侯审食其、御史大夫赵尧前去迎接卢绾，卢绾更加恐惧，在家中闭门不出。他对自己的近臣说：“如今异姓王只剩下我和长沙王，杀韩信、诛彭越，都是吕后的主意。如今皇上正在病中，吕后执政，她是专门找机会想要诛杀异姓王和功臣的。”卢绾身边的很多人都因为觉得局势不对而逃离，审食其听说后都如实上报给刘邦，刘邦听了更加愤怒，但仍然没有彻底相信卢绾反叛。直到一个匈奴的投降者证实了张胜确实作为燕国使者在匈奴，刘邦才说：“卢绾果然反了！”，于是派樊哙、周勃前去平叛。
同时，刘邦诏告天下：“燕王卢绾与我是故交，我爱之如子，听说他勾结陈豨反叛，我认为是没有的，所以派人前去迎接他。卢绾称病不来，反心明确。而燕国之吏民是无罪的，赐六百石以上者爵一级。愿意归汉者，皆赦免，并也赐爵一级”。
不等平叛结束，刘邦即诏诸侯王讨论新燕王的人选。根据长沙王武臣的建议，刘邦第八子刘建为燕王。
从根本上说，其实卢绾并无反心，只是不想步其他异姓王的后尘，设计自保而已。为表此心，卢绾率家人部将数千人，在长城脚下等候，想在刘邦病愈后亲自前去谢罪。这个做法说明，卢绾对自己与刘邦的关系还是很有信心的，认为刘邦能够原谅自己。但很不幸，还未等卢绾到长安，刘邦就驾崩了。
这里我们可以合理推断，刘邦弥留之际，皇权已经在一定程度上被吕后掌握，所以派去请卢绾来问话的人中有吕后的近臣审食其。如果刘邦不死这么早，或许出于过去深厚的感情，他可能会理解卢绾的行为，也有可能饶他一死，但是历史没有如果。
为了躲避心狠手辣的吕后，卢绾听到刘邦的死讯后就逃入了匈奴境内，做了匈奴的东胡王。因为是外来者，卢绾在匈奴过的也不开心，常常思归大汉。仅过了一年多，卢绾就死在了匈奴。后来，卢绾的妻子带着子女回归了汉朝。景帝时，卢绾之孙以东胡王降汉，被封为恶谷侯。
总的来说，卢绾取下策求自保，因刘邦多疑而背汉，并未发动激烈的军事行动，与其说是谋反，不如说是叛逃。遗憾的是，刘邦死前没能等到卢绾的亲自谢罪，仍然认为自己不是亲人胜似亲人的兄弟是个反贼。好在后世之君对卢氏的后人还是很宽容的，这也在一定程度上承认了卢绾和刘邦的亲密关系。
至此，汉朝的最后以为异姓王-第二任燕王卢绾-被铲除，取而代之的亦为刘氏子弟。这一系列消灭异姓王的平叛行动，统称为“杀功臣”，刘邦因此在历史上留下了“兔死狗烹、鸟尽弓藏”的恶名，而年轻的大汉帝国却获得了稳定的内部发展环境，为即将到来的文景之治打下了坚实的基础。