Ngày Bính Thân (3) tháng 5 (21 tháng 6), Hiếu Vũ Đế dùng rượu độc giết chết Tiết Mẫn Đế. Đến ngày Giáp Thìn (14) tháng 11 (26 tháng 12), ông cho giết Nguyên Lãng và một phế đế khác là Nguyên Diệp. Sang tháng 12 ÂL, ông cho giết hoàng thúc Nguyên Duyệt.[4]

Cũng trong tháng 12 năm đó, ông cải niên hiệu sang Vĩnh Hưng, song do cùng hiệu với Minh Nguyên Đế nên trong cùng tháng lại cải sang Vĩnh Hy. Cùng tháng, Hiếu Vũ Đế lấy con gái của Cao Hoan làm hoàng hậu.[4]

Sau khi chiều theo ý Cao Hoan vào lúc đầu, ông bắt đầu cai trị với các phò tá là Hộc Tư Xuân và cộng sự của ông ta tên là Vương Tư Chính, ra nhiều quyết định trái với quan điểm của Cao Hoan, đặc biệt là sau khi Cao Hoan đánh bại thành viên chính cuối cùng của gia tộc Nhĩ Chu là Nhĩ Chu Triệu. Hiếu Vũ Đế bí mật liên lạc với Hạ Bạt Nhạc, người đang kiểm soát các châu phía tây, và cũng phong cho em trai của Hạ Bạt Nhạc là Hạ Bạt Thắng làm chỉ huy các châu phía nam, muốn dựa vào anh em Hạ Bạt để chống lại Cao Hoan. Căng thẳng cũng tăng lên khi Cao Hoan muốn kiểm soát thêm nhiều châu còn Hiếu Vũ Đế cũng mong muốn giành quyền kiểm soát các châu từ Cao Hoan.

Mùa xuân năm 534, tướng bằng hữu của Hạ Bạt Nhạc là Hầu Mạc Trần Duyệt ám sát Hạ Bạt Nhạc do bị Cao Hoan xúi giục. Quân của Hạ Bạt Nhạc ủng hộ phụ tá của Hạ Bạt Nhạc là Vũ Văn Thái lên thay thế, và Vũ Văn Thái ngay sau đó đánh bại Hầu Mạc Trần Duyệt. Hiếu Vũ Đế tiếp tục tham gia thảo luận với Vũ Văn Thái (Hạ Bạt Nhạc trước đó cử Vũ Văn Thái làm liên lạc giữa ông ta với Hiếu Vũ Đế) để chống lại Cao Hoan. Đến mùa hè năm 534, Hiếu Vũ Đế chuẩn bị quân lính và tin rằng ông có thể bất ngờ bắt giữ Cao Hoan. Hoàng đế trao mật chỉ cho Cao Hoan giả vờ rằng ông nghi ngờ Vũ Văn Thái và Hạ Bạt Thắng nổi loạn và lập kế hoạch tấn công họ cùng với Cao Hoan. Tuy nhiên, Cao Hoan nhận ra âm mưu của Hiếu Vũ Đế nên tiến quân về Lạc Dương. Vương Tư Chính tin rằng quân triều đình không đủ sức kháng lại quân của Cao Hoan nên thuyết phục Hiếu Vũ Đế chạy đến lãnh địa của Vũ Văn Thái, và Hiếu Vũ Đế làm theo, bất chấp lời đề nghị ở lại Lạc Dương của Hộc Tư Xuân. Cỏ vẻ như Cao Hoan chỉ mất một tháng để tiếp cận Lạc Dương, và Hiếu Vũ Đế chạy trốn về phía tây, gặp được quân của Vũ Văn Thái trên đường và được hộ tống đến đại bản doanh của Vũ Văn Thái tại Trường An. Tại đây, Hiếu Vũ Đế tái lập triều đình và phong Vũ Văn Thái làm thượng trụ. Ông cũng gả em gái Phùng Dực công chúa cho Vũ Văn Thái.