韩信在楚王位上只待了四个月，朝廷就发生了一件事。有一天，刘邦急急召见群臣，说：“有人告发楚王韩信要谋反，怎么办？”
这个告密者到底是谁，《史记》中没有说，只说“人有上书告楚王信反”。当时韩信已经是个光杆司令，假如是刘邦想收拾韩信，直接动手即可，没有必要采用欺诈的手法。所以，可以断定，这个告密者是存在的，而且摸透了刘邦的心理。韩信与刘邦并非心心相印，早在楚汉战争期间，刘邦被项羽围困固陵，急切希望韩信来解救。但韩信却趁火打劫，向刘邦讨要自己刚攻占下来的齐地，而且要封他为齐王。起初刘邦不肯，但因为保命要紧，再加上手下人的劝说，最终咬着牙让韩信做了齐王，但是心里一定记着这个仇。所以，即使韩信没有造反之意，由于偏见，刘邦也会相信韩信要造反。大臣们都认为告密属实，所以异口同声地骂道：“亟发兵，坑竖子耳！”翻译过来就是：“赶快派兵攻打，活埋了那个王八蛋！”但是考虑到韩信是个打仗的天才，刘邦的臣子中没有与之对抗的人物，于是刘邦最终采取了陈平的调虎离山之计：刘邦假装巡视云梦（今湖北江陵一带），把韩信诓去，然后只用一个壮士就能生擒他。
韩信收到消息后，意识到刘邦来者不善。他左思右想，自己到底哪里出了问题？最后想到了自己的老乡，曾经追随项羽的大将钟离昧身上。
当年项羽自杀，钟离昧并没有陪项羽共赴黄泉，而是逃到楚地，投奔好朋友韩信。在此期间，刘邦曾通缉过钟离昧，但一直毫无线索。韩信认为，大概是有人告密，捅出了此事。韩信有点后悔当时收留钟离昧了。这时有人建议韩信杀了钟离眛去谒见高祖，高祖必定高兴，也就不用担心祸患了。韩信思之再三，当面与钟离眛商议此事，钟离眛说：“刘邦之所以不攻打楚国，是因为我在你这里，如果想逮捕我去讨好刘邦，我今天死，随后亡的定是你韩信。”说完钟离昧自杀而亡。据说钟离昧自杀前，说韩信：“你真不是一个仁厚之人！”这件事说明韩信并不是一个好朋友，但也说明，他在当时没有背叛刘邦的念头。
不过，韩信想错了。当他提着钟离昧的首级见到刘邦时，还没来得及解释，就被刘邦命武士绑了起来，放在随从皇帝后面的副车上，启程回临时国都洛阳。韩信被绑后，长叹道：“果然像人们说的那样，‘狡兔死，良狗烹；高鸟尽，良弓藏；敌国破，谋臣亡’。天下已定，我当然应该被烹了。”刘邦不想让人当作是这样的人，他争辩道：“你还不知道我为什么要抓你。是因为有人告密，说你要谋反。”韩信听了，也不多辩，任其缚绑。
回到洛阳，刘邦思来想去，认为韩信谋反并无实据，再说韩信就算有谋反的念头，但毕竟功大于过，于是只把他贬为淮阴侯，让他住在长安，软禁在自己身边。
韩信无故被贬，自然牢骚满腹，常常称病不朝。他自视甚高，认为和绛侯周勃、颖阳侯灌婴等处在同等地位是羞耻的事。一次韩信去拜访樊哙，樊哙行跪拜礼恭迎恭送，并说：“大王竟肯光临臣下家门，真是臣下的荣耀。”韩信出门后，怅然叹道：“我这辈子居然同樊哙等同列！”刘邦当然明白韩信这是心中不服，但也没有采取措施，对他的软对抗睁一只眼闭一只眼。
这种情况没有持续多久，又有告密者告发了韩信。这一次，告密者留下了姓名，这个人叫栾说。
在司马迁《史记·淮阴侯列传》中记载了韩信“谋反”的故事：阳夏侯陈豨被封为巨鹿郡郡守，前来向韩信辞行。韩信支开左右，与陈豨在庭院里散步。他拉着陈豨的手仰天长叹道：“你可以同我说知心话吗？我有话想同你讲。”陈豨也是西汉的开国功臣，他表示“唯将军令之”。韩信说：“你所管辖的地方，是屯聚天下精兵的地方，而你又是陛下亲信宠爱的臣子，若有人说你谋反，陛下一定不相信；如果再有人告你谋反，陛下就会产生怀疑；如果第三次有人告你谋反，陛下定会大怒而亲率军队征讨。你去上任后，我为你在京城做内应，就可图谋天下了。”陈豨了解韩信的才能，表示一切听从韩信的指示。汉十年（前197年），陈豨举兵谋反，自立为王。刘邦亲率大军前去征讨，韩信称病，没有跟随出征。
栾说的哥哥是韩信的舍人，也就是家臣。很可能是在处理一些事情上不符合韩信的心意，韩信就把此人囚禁起来，同时还声称要严厉制裁他。就在栾说与哥哥见面的时候，这位家臣把韩信要谋反的消息告诉了栾说，栾说毫不迟疑，立即上书吕后，告发韩信与陈豨密谋造反一事。他说，韩信还与家臣谋划：在夜里假传诏旨，赦放官府中的囚徒和官奴，然后率领他们去袭击吕后和太子。
不久，陈豨果然自称代王，联合韩王信、燕王绾举赵代之兵反叛，刘邦亲率大军北上征讨，吕后及萧何守卫国都长安。吕后和萧何秘密商量后，认定韩信肯定是和陈豨商量过谋反的事情。
听了吕后的话，萧何也觉事态严重。经过密谋，两人决定：由萧何去见韩信，诈说叛军已经被刘邦平定，陈豨已死，诸侯与群臣皆入朝祝贺，也请韩信入朝致贺。韩信相信了萧何，跟着萧何到了长乐宫。结果可想而知，韩信进宫见不到皇帝，只见到了一大批武士。吕后可没有刘邦那么仁慈，连问都不问，就将他杀了。随后，吕后又下令灭了韩信的父、母、妻三族。
韩信被杀后，刘邦回到洛阳，听了这个消息后，又喜又叹。至于韩信是否真的要谋反，刘邦没有问。于是，“韩信谋反被杀”就成了历史上的重大谜案之一。
