Mặc dù Lưu Thiệu đã đổ tội sát hại Văn Đế cho Từ và Giang, song sự thật đã sớm bị phơi bày. Do đó, mặc dù phần lớn các bá quan chịu khuất phục do lo sợ song hầu hết họ đều không thực sự trung thành với ông. Ông đã ban cái chết một số người em họ mà mình không ưa.

Lưu Thiệu sau đó đã gửi một mật chỉ để gửi cho Thẩm Khánh Chi, lệnh cho người này phải giết chết Vũ Lăng vương Lưu Tuấn [người đang là thứ sử Giang Châu (江州, nay là Giang Tây và Phúc Kiến). Tuy nhiên, Thẩm Khánh Chi lại trình mật chỉ này cho Lưu Tuấn và chủ trương rằng Lưu Tuấn cần phải nổi dậy để chống lại Lưu Thiệu. Lưu Tuấn đã chấp thuận và ngay sau đó đã hội quân cùng với một hoàng thúc phụ là Nam Tiếu vương Lưu Nghĩa Tuyên (劉義宣, đang là thứ sử Kinh Châu), Tang Chí [臧質, đang là thứ sử Ung Châu (雍州, nay là tây bắc bộ Hồ Bắc và tây nam bộ Hà Nam)), và Tùy vương Lưu Đản (đang là thái thú quận Hội Kê [會稽, nay gần tương ứng với Thiệu Hưng, Chiết Giang)], họ còn chủ trương Lưu Tuấn lên kế vị ngai vàng. Khi hay tin về cuộc nổi loạn, Lưu Thiệu trở nên sợ hãi, và ông đã đặt Kiến Khang trong thiết quân luật, thậm chí còn cho quản thúc tại phủ với các em trai và em họ ở Kiến Khang. Trong khi đó, Lưu Thiệu lập vợ mình là Ân Thái tử phi làm hoàng hậu và phong cho con trai Lưu Vĩ Chi (劉偉之) làm thái tử.

Lưu Thiệu nghi ngờ rằng những bá quan của phụ hoàng sẽ không trung thành với ông, vì thế ông đã cố đối xử tốt với các tướng Lỗ Tú (魯秀) và Vương La Hán (王羅漢), phó thác các việc binh cho họ, trong khi sử dụng một cộng sự lâu năm là Tiêu Bân (蕭斌) làm nhà chiến lược chính và thúc bá của Hoàng hậu là Ân Xung (殷沖) làm người tuyên huấn chính. Tiêu Bân đã đề xuất về việc Lưu Thiệu đích thân dẫn hạm đội của mình đi đánh Lưu Tuấn vì Lưu Tuấn có hạm đội nhỏ hơn và không phù hợp để giao chiến trên Trường Giang, hoặc phòng thủ hẻm núi ở Lương Sơn (梁山, nay thuộc Sào Hồ, An Huy). Tuy nhiên, vì bí mật ủng hộ Lưu Tuấn, Lưu Nghĩa Cung đã để xuất Lưu Thiệu nên ở tại Kiến Khang và phòng thủ thành chống lại quân của Lưu Tuấn, sử dụng sông Tần Hoài (秦淮河, chảy qua phía nam Nam Kinh ngày nay ra Trường Giang) làm tuyến phòng thủ, một chiến lược sẽ khiến cho quân của Lưu Tuấn có thể sử dụng được sức mạnh quân sự một cách hiệu quả trên bộ. Lưu Tuấn do đó đã có thể nhanh chóng tiến về Kiến Khang. Ban đầu, một tướng của Lưu Thiệu là Chiêm Thúc Nhi (詹叔兒) đề xuất rằng ông nên nhanh chóng tiến đánh tướng Liễu Nguyên Cảnh (柳元景) của Lưu Tuấn, song Lưu Thiệu đã không làm theo mà chỉ hạ lệnh tấn công sau khi doanh trại của Lưu Nguyên Cảnh đã được củng cố vững chắc. Tuy nhiên, quân của Lưu Thiệu dưới quyền chỉ huy của Tiêu Bân, nhạc phụ của Thủy Hưng vương Lưu Tuấn là Trữ Đam Chi (褚湛之), Lỗ Tú, và Vương La Hán đã có tiến triển trước quân của Lưu Nguyên Cảnh. Tuy nhiên, Lỗ Tú sau đó đã phá hoại kế hoạch tác chiến khi thổi hiệu lệnh rút lui. Lỗ Tú và Trữ Đam Chi sau đó đã nhân cơ hội để đầu hàng. Lưu Nghĩa Cung ngay sau đó cũng chạy trốn sang quân của Lưu Tuấn, và trong cơn thịnh nộ, Lưu Thiệu đã cho giết chết 12 con trai của Lưu Nghĩa Cung. Lo sợ tình hình trước mắt, song Lưu Thiệu đã không thể nghĩ ra được điều gì khác ngoài việc cúng tế thần linh.

Năm ngày sau đó, Lưu Tuấn đã tiến đến gần Kiến Khang, và vào ngày hôm sau, Lưu Tuấn đã lên ngôi hoàng đế (tức Hiếu Vũ Đế) trong khi các trận chiến vẫn đang tiếp diễn. Ngay sau đó, Lỗ Tú (nay là tướng của Lưu Tuấn) đã vượt qua sông Tần Hoài, quân của Lưu Thiệu đã sụp đổ. Quân của Lưu Tuấn bao vây hoàng cung, và Thủy Hưng vương Lưu Tuấn đã cố thuyết phục Lưu Thiệu rằng họ có thể chạy ra Đông hải, song Lưu Thiệu đã từ chối. Ngay sau đó, hoàng cung thất thủ, và mặc dù Lưu Thiệu trốn trong một cái giếng song vẫn bị phát hiện và bắt giữ. Lưu Tuấn công khai chặt đầu Lưu Thiệu cùng với bốn người con trai của ông. Ân Hoàng hậu và các con gái của Lưu Thiệu bị buộc phải tự sát. Lưu Tuấn cũng đặt thụy hiệu cho Lưu Thiệu là Nguyên Hung (元凶), nghĩa đen là "đầu sỏ."