Hoài Nam vương Lưu Trường là người em còn lại của Văn đế, có tư thù với Thẩm Dị Cơ. Lưu Trường cho rằng Thẩm Dị Cơ có trách nhiệm trong cái chết của mẹ mình thời Hán Cao Tổ[8][9].

Tháng 4 năm 177 TCN, Lưu Trường lên kinh đô Trường An yết kiến Văn Đế. Nhân dịp đó Lưu Trường cùng thủ hạ Ngụy Kính đến phủ Tịch Dương hầu gọi Thẩm Dị Cơ ra gặp mặt. Khi Dị Cơ ra ngoài, Lưu Trường rút chùy đồng đeo bên người ra đánh ông. Thẩm Dị Cơ vỡ đầu chết tại chỗ, Lưu Trường sai Ngụy Kính cắt đầu ông[10]. Không rõ năm đó Thẩm Dị Cơ bao nhiêu tuổi.

Lưu Trường đến hoàng cung gặp Văn Đế tự thú và kể 3 tội của ông: một là không làm hết chức phận dẫn đến cái chết của mẹ Trường; hai là không nói giúp để ngăn cản Lã hậu giết mẹ con Thích phu nhân và Triệu vương Như Ý; ba là hùa theo việc Lã hậu phong vương cho họ Lã[11]. Hán Văn Đế nể tình anh em nên không trị tội giết Dị Cơ của Lưu Trường[9].