Năm 144 TCN, Lưu Vũ vào triều yết kiến Cảnh Đế, muốn xin Cảnh Đế cho mình ở Trường An để chăm sóc Thái hậu, nhưng Cảnh Đế không cho, ông đành phải quay về nước. Tháng 6 năm đó, Lưu Vũ bị bệnh nhiệt, sau khi về tới Lương Quốc thì chết, thọ 41 tuổi, làm Lương vương được 25 năm.

Lương vương Lưu Vũ rất có hiếu với Đậu Thái hậu, khi Thái hậu bệnh, ông nhịn ăn mà chăm sóc, nhiều lần muốn ở lại Trường An hầu hạ, nên được Thái hậu yêu. Đến khi ông mất, Thái hậu khóc mà nói rằng:

Cảnh Đế nghe được thì sợ, không biết xử trí ra sao, sau đó mới theo lời Trưởng công chúa, phân Lương Quốc làm năm, lập các con của Lưu Vũ làm 5 vương ở các nước là Lương, Tế Xuyên, Tế Đông, Sơn Dương, Tế Âm. Đậu Thái hậu mới bằng lòng.