，漢文帝劉恆更是擺出了一副御駕親征的架勢，劉興居認為在朝廷兵力受到匈奴牽制的情況下，正是自己起兵的最佳時機，自己雖然無力對抗朝廷，但聯手匈奴未必不可一搏。

更為重要的是，如今灌嬰率領漢軍主力北上邊塞，漢文帝劉恆巡視太原國，身邊帶的軍隊並不算太多，而太原國也不過是個小諸侯國，國中軍隊並不多，且並不像關中四塞之地那般易守難攻，正是襲殺漢文帝的大好機會。不願錯過這個機會的濟北王劉興居，悍然起兵叛亂。

漢文帝得知訊息，既顧不上繼續遊歷太原國，也顧不上討伐匈奴了，畢竟相較於外部威脅，諸侯王叛亂的威脅更大，如果不能及時將其平息，勢必會激發其他諸侯王的野心，立時便要天下大亂。

為了儘快平息叛亂，漢文帝立即命令灌嬰撤軍還京，加強關中防禦，並以棘浦侯柴武為大將軍，統率四將軍，領兵十萬東進平叛，又令祁侯繒賀為將軍，率軍駐守滎陽，阻止亂兵西進威脅關中。

同年七月，自太原國匆匆返回長安的漢文帝，為了瓦解叛軍，立即下詔說，“凡濟北國吏民，在朝廷大軍未到便停止反叛，以及率部投降或獻出城邑投降的，一律赦免其罪，且官爵復原。凡參與劉興居反叛但主動投降者，亦予以赦免。”

自秦末到漢初，天下持續戰亂不止，直到呂后執政以來的十餘年間，百姓才迎來了難得的休養生息時間，在社會秩序趨於穩定的情況下，已經逐漸習慣安居樂業平穩生活的百姓們，誰又願意繼續遭受戰亂。更何況，漢文帝即位以來推行的一系列惠民政策，早已深得民心，即便是濟北國的百姓，也不願跟著劉興居叛亂，因此在漢文帝的一紙赦令下，劉興居好不容易募集的軍隊，立時軍心渙散。同年八月，大將軍柴武率軍擊潰叛軍，俘虜濟北王劉興居，劉興居自知難以活命，遂自殺而死。

叛亂平定以後，漢文帝宣佈赦免濟北國中隨濟北王造反的官吏百姓，濟北國被廢為濟北郡，收歸朝廷統治。

雖然劉興居的叛亂並未掀起太大的風浪，但無疑加劇了朝廷與諸侯王之間的相互猜忌，使得漢文帝即位以來雙方好不容易緩和的局勢再度惡化。