人欲向盖长公主问明详情，但公主已奉召住在宫中，不得见面，只得返回燕国，将郭广意言语归报刘旦。
刘旦听后，怀疑新帝得位是朝中大臣操纵的结果，复遣中大夫至长安上书，请于各郡国设立武帝宗庙。霍光见书，没同意刘旦的请求，但赐钱三千万，增加封邑一万三千户。这个结果让刘旦大怒：“我本来应当称帝，还需要别人的什么赏赐！”于是，暗地勾结中山哀王之子刘长、齐孝王之孙刘泽等，密谋造反。
刘旦谎称在武帝时接受了诏令，可以掌管地方行政，修治武备，防御非常事变的发生，以此作为自己招兵买马的理由。随后刘旦又召集群臣询问治国之策，郎中成轸进言刘旦应主动索取自己应得之位，而不是坐享其成，并认为只要燕王起兵，燕国吏民甚至妇女都会奋臂向前跟随大王。
刘旦说：“从前吕后在位之时，弄虚作假把惠帝之子刘弘立为皇帝，诸侯王们拱手侍奉了八年。后来吕太后驾崩，大臣们诛灭了吕氏各王，迎立汉孝文帝，天下之人才知道刘弘不是孝惠帝的真儿子。我身为武帝的长子，反倒没能立为皇帝，我上书建议为武帝立庙，也不被采纳。现在立的这个皇帝，我怀疑他不是刘家的人。”刘旦随即与刘泽等人谋划，声称昭帝不是武帝的儿子，而是奸佞之臣所立“伪帝”，天下之人要起来一致讨伐，并派人传布各郡县，以动摇百姓视听。
制造好舆论后，就招集各地亡命之徒，充当士卒，又收聚民间铜铁，制造兵器，并不时亲自出外阅操；又征调百姓设立围场，在文安县进行大规模的打猎，藉此来讲习军队事宜，专待起事之日的到来。
此时，刘旦俨然以未来皇帝自居，出入僭用天子仪仗，左右近臣皆称侍中，郎中韩义等人多次谏阻，刘旦大怒，遂诛杀韩义等共十五人。
刘泽回到齐国都城临淄，意图谋杀青州刺史隽不疑，起兵与刘旦响应。事尚未行，被刘成得知，向隽不疑告发，隽不疑乘其无备，分遣吏役将刘泽及其党羽捕拿下获，奏报朝廷。汉昭帝诏有司追查此事，牵连至燕王，按律当诛，昭帝念及骨肉恩情，诏令不治燕王之罪，而将刘泽等人正法。
昭帝即位后，加封霍光为大司马、大将军，金日磾为车骑将军，上官桀为左将军，与丞相田千秋，御史大夫桑弘羊等一起辅政，并下诏尊鄂邑公主为长公主，入住皇宫，养护昭帝。
刘旦的姐姐鄂邑长公主、左将军上官桀父子，与霍光因争权而产生仇隙，他们知道刘旦怨恨霍光，就暗地里与燕国结交往来。刘旦也先后派遣十多批