如此折腾了一年，连神仙的影子都没有出现。汉武帝有些沉不住气了，对少翁产生了怀疑。少翁为了继续自己的骗局，又想出了一个主意。他自己在一块绢帛上写了一些字，搅拌到饲料里喂给了牛吃，然后装作一副什么都不知道的样子。
有一天，少翁请汉武帝到甘泉宫去求仙问道。他暗中命令手下的人拉着那头牛走过去，然后指着牛的肚子对汉武帝说：“这头牛的肚子里肯定有天书的存在。”汉武帝立刻命人把那头牛当场宰了，果然从牛肚子里找到了一块布来，上面还写些奇奇怪怪的字。虽然这帛书上所写的字很奇怪，意思也很难理解，但汉武帝仔细一观察，还是发现了这字和少翁的存在着相似之处。
汉武帝装出什么都不知道的样子，盯着少翁看。少翁果然做贼心虚，不敢正视武帝的眼睛，只是放眼看别处。汉武帝心中这就知道个大概了，十分生气，命令手下的士兵将少翁抓了起来。很快少翁就全招了。汉武帝龙颜大怒，觉得自己被人耍了，立刻将少翁杀了。
少翁被杀后不久，汉武帝有一次到鼎湖宫去祭祀黄帝，忽然觉得身上很不舒服，在那里病倒了。随从的人见皇上身体欠安，都忧心忡忡不知该如何是好。将出名的医生和巫师都请了一遍，就是不见病情有好转。这时候，有一个侍从对汉武帝说：“陛下，我听说有人在关东看见了已经死了的少翁。”汉武帝听后心里也起了疑，立刻派人去把少翁的棺材刨了出来，结果发现里面没有人，只有一个竹筒。汉武帝这才相信少翁是成仙去了，心中很后悔杀了他，自己生的病估计就是惩罚吧。从这以后，汉武帝又开始相信起别的方士来了。
栾大显贵
汉武帝遍访方士，乐成侯丁义为了邀宠，便向汉武帝推荐了一个叫栾大的方士。丁义对汉武帝说：“栾大和少翁都是一个师门里出来的，而且栾大的法力还远在少翁之上。”汉武帝一听大喜，立刻下令召见栾大。栾大人长得很英俊，看起来器宇轩昂的，汉武帝一见就很喜欢，立刻将他奉为上宾。
这个栾大原本是胶东王刘寄养的方士，丁义是刘寄王后的弟弟，所以丁义才得到了栾大，并将他推荐给了汉武帝。栾大口才很好，总是高谈阔论的，又很聪明，因此赢得了不少人的信任。不过栾大最大的特点还是胆子大，他吹起牛来经常是信口开河，想哪说哪。汉武帝曾经问过他关于神仙的问题，栾大随口就说道：“我之前总是在大海里游玩，经常看见安期生、羡门这几个上古时期的神仙。”
汉武帝对栾大的话深信不疑，急忙问道：“先生您究竟有多大的法力啊？”栾大见汉武帝并没有怀疑，继续吹牛道：“我之前的神仙老师对我说，只要修炼到家，可以炼成黄金，就算是黄河决了口也可以轻而易举地给堵上，长生不老药更是容易得到，再往后就算成仙了。”
汉武帝越听越吃惊，对栾大说：“我想请先生为我去寻找长生不老的方法，只要您能找到，花多少钱多没有关系。”栾大为了得到更大的利益，刻意做出一副不以为然的样子说道：“我的神仙师父从来都不会请求凡人的，都是凡人去求他。陛下如果真的想把他请来，那就应该像对待自己的家人一样对待仙人的使者。”
汉武帝对此是半信半疑，既想答应下来，又怕自己再一次上当，想了一会儿才回答说：“先生您先给朕表演一个法术让朕开开眼好不好？”这点栾大早就想到了，他立刻答应了下来。栾大事先将鸡血、铁屑和磁石掺在了一起，捣碎后涂抹在棋子上面。到了表演的时候，他将棋子放在棋盘上，嘴里面念念有词。棋子因为受磁力的作用，互相碰撞不止。汉武帝看了大吃一惊，以为栾大真的有什么特异功能，不住叫好。
如此一来，汉武帝对栾大的法力比少翁还要厉害这件事深信不疑，他先是将栾大封为了五利将军，后来觉得不够气派，又加封为地士将军、天士将军、大通将军。栾大可谓是一步登天了，可他还不满足。
到了夏季的时候，汉武帝再次加封栾大做了乐通侯，管辖两千户人口。汉武帝还亲自下令为他在京城改了一座豪华的府宅，并赐给了他一千多的奴仆。为了彰显栾大身份的高贵，汉武帝还把自己使用的车马、帷帐和其他的用具都送给栾大使用，栾大得以享受到了天子的威仪。汉武帝想到栾大说的要把神仙的使者当家人看待这句话，索性把自己宠爱的卫长公主也嫁给了栾大。汉武帝还经常到栾大的家里做客。
栾大娶了卫长公主做了驸马爷的消息传出后，整个长安城都轰动了。很多王公大臣都纷纷向汉武帝学习，从馆陶太主到下面的两千石的官员，都一个个争先恐后地邀请栾大到自己家里做客。
汉武帝为了能够早日实现自己长生不老的梦想，还命人制作了一块精美的玉印，上面刻了“天道将军”四个大字，做成后，汉武帝又派了一个朝中的大臣亲自送到了栾大的府上。为了表示对神灵的尊敬，送玉印的时间特别选在了夜半的时候，地点是在祭祀用的白色草坪上，使者和栾大都穿了件用羽毛做成的大髦。
又过了半年，栾大每天只顾着享受当下的快乐生活，早就把自己对武帝的承诺抛到九霄云外去了。汉武帝心里十分焦急，几次派人前去催促。栾大知道不能再借口推脱不去，就在心里盘算着出去乱转一圈再想办法敷衍汉武帝。
心虚的栾大收拾过行李，先是向汉武帝告别，又去辞别了公主，自称要到东海上去寻找自己的授业恩师，以找到长生不老的秘方。汉武帝估计是上当次数多了，暗中派人打扮成普通百姓的样子，一路跟随栾大前往。
栾大坐着华丽的马车，带着一大堆的仆人，一路上游山玩水，一直走到了泰山脚下。到了泰山，栾大又进行了一番祷告，但是一行人并没有见到传说中的神仙。等到快到东海边的时候，栾大对自己的随从们说：“我一个人去见神仙，你们这些地位低下的人，神仙是不会见的，你们就在原地等着我回来吧。”大家都同意了，于是栾大一个人去了海边。汉武帝派来的使者却一直跟着栾大。栾大在海边晃悠了半天后回到了原地，对他们说：“我刚才已经见过了神仙了，现在你们跟着我一起回去吧。”于是一行人又踏上了西去的道路。
汉武帝的使者把这一切都看明白了，回去后全部给汉武帝述说了一遍。汉武帝听后气得直跳脚，没想到自己竟然被一个骗子骗得这么惨，女儿都搭了进去。
栾大也知道自己是骗子这件事终会被发现，但为了博取富贵，只好铤而走险，不过他觉得他已经给自己留好了后路。他之前先是要求汉武帝答应不再发生诛杀少翁那样的事情，然后又获得了和汉武帝同样平等的地位，表明自己的身份。为了保命，他还成了汉武帝最喜爱的女儿的丈夫。他想着，就算最后自己被识破了，皇上为了自己女儿的原因，也不会杀了自己的。想到这里，栾大心里虽然知道自己可能会遇到麻烦，但还是大摇大摆地回长安复命去了。
栾大见了汉武帝后，信口胡诌了一些自己和神仙的谈话，还说自己已经到海中和自己的仙师见了一面。汉武帝听着栾大的谎话，实在是觉得无法再忍耐下去。他将自己派去的使者叫了出来，当着栾大的面进行对质。栾大当场就被问傻了，直冒冷汗。汉武帝更怒了，直接命令士兵将栾大拉出去给腰斩了。可怜的卫长公主还是新婚，就被自己的父亲逼着做了寡妇。
杀了栾大后，汉武帝还不解气，他又想到了给自己推荐了栾大的丁义，于是给丁义也安上了一个欺君的罪名，将他杀了。
武帝求仙
汉武帝始终认为东海中的确有三座神山，名叫蓬莱、方丈和瀛洲。他相信齐燕两地来的人所说，仙山到处都是白色的，仙人居住的宫殿都是用黄金和白银筑成的，而且长生不死之药也藏在那里。为此，虽然汉武帝屡屡失败，但仍不动摇对求仙的信念，他只是认为方士的法术太低，所以才屡次求仙不成。
而为了迎合汉武帝对神仙的心思，各地官员也竞相报告一些神灵下凡的事件，例如在六月栾大被腰斩之后不久，河东太守报告说在辖境内的汾阴挖掘出一只巨大的宝鼎，鼎体上没有明确的题款，无法确定其是哪个朝代，但刻有稀奇古怪的文字和精美的花纹。汉武帝竟然以为是神仙显灵，于是立即派人将鼎迎入甘泉宫供奉起来。
当这一消息传至全国，齐人公孙卿立即上书说：“圣上得到宝鼎和黄帝得到宝鼎都是在冬至那一天。这绝不可能是偶然，而是上天造化。既然黄帝成了仙，那么皇上也应该趁此机会，赶快去封禅，进而通神，然后就能成仙登天了。”看到上书后，心急的汉武帝马上召公孙卿进京，并拜公孙卿为郎中，让他准备封禅求仙的事。
虽然汉武帝不信任少翁和栾大，但对公孙卿却是言听计从，究其原因大致有两点，一方面，在汉武帝看来，之前请不到神仙并不是没有神仙，而是因为少翁和栾大两人法术不高，所以，如果能找到像公孙卿这样的有道之士，一定能有所成效，于是便让公孙卿再去试一试；另一方面，公孙卿官职低微，对其他文武百官的势力并没有多大影响，加上此人世故圆滑，他也看到了少翁、栾大的下场，于是他独自提出黄帝封禅一事，这是符合汉武帝的意旨，也深得汉武帝的宠信。例如，当公孙卿在嵩山太一庙等候天神，他派人报告汉武帝说：“缑氏城（今河南省偃师南缑氏镇）的城墙上，出现了神仙留下的足迹。”汉武帝亲自到缑氏城上视察该处的神迹，但没见到神仙的影子，而汉武帝却并没有过多地责怪公孙卿。
汉武帝北巡朔方，向匈奴示威，在班师回朝的途中，于桥山（今陕西省黄陵县）祭祀黄帝的陵墓。祭祀完毕后，汉武帝向随行的公孙卿问话：“朕听说黄帝并没有死，为什么却有他的陵墓呢？”公孙卿圆滑地说：“黄帝已经登天成仙，只是因为他手下的群臣想慕不已，因而就把黄帝的衣服帽子埋在这里，这只是黄帝的衣冠冢。”汉武帝看似有所悟地点点头，并自作多情地说：“将来朕升天而去之后，群臣们恐怕要把朕的衣冠埋葬在东陵了。”
公元前110年正月，汉武帝再一次出游缑氏城。在休息几天后，汉武帝独自到中岳嵩山太室祭祀，随从人员只是在山下等候。在祭祀完毕后，正要下山的汉武帝却隐约听到山里发出声音，好似连着呼喊三声“万岁”。于是，求仙心切的汉武帝便认定山里有神仙，下令祭祀官员扩建嵩山上的太室，并禁止百姓砍伐附近的草木。汉武帝又诏令山下的三百户人家，划归太室，作为采邑。
在汉武帝派公孙卿持节前往名山上等候神仙期间，公孙卿一行人刚到东莱（今山东省掖县），就派人报告汉武帝说在夜间模模糊糊地看见有个巨人，身高有数丈，可是待他们前往接迎他的时候，巨人却忽然消失了，只是留下了庞大的足迹。于是汉武帝迅速赶到东莱，在公孙卿的指引下，汉武帝果然看到留在地上的巨大足迹。然而经过仔细观察，汉武帝觉得这不是人的脚印，倒像是个走兽的蹄印，心中不免有所猜疑。正想追问，随从的官员们却都说，他们在路上碰到一个白须老翁牵着一条狗，说要去见巨人，说了这话之后就不见了。听到官员们传说老翁的事，汉武帝脑子里更加糊涂起来，而他的猜疑便一点点地减少，认为这可能真的是神仙来了。而更让人想不到的是，汉武帝竟然下令在海边留宿，希望能等到仙人的降临。可想而知，他还是什么也没看到，这令汉武帝沮丧不已。
到了夏季，汉武帝照例登泰山举行封禅大典，并来到了海边。他在海边眺望徘徊，看着茫茫大海，他求仙的欲望越来越强烈。经过几日思考，汉武帝下定决心，准备独自乘船出海去寻找仙人。虽然大臣们竭力劝阻，但此刻的汉武帝已经完全听不进去，虽然最后妥协，但汉武帝怅然地望着海面，云水相接处茫茫一片，而他心中对神仙的向往仍旧没有破灭。
转眼春天到了，公孙卿又派人报告汉武帝说：“在东莱山上又遇见神仙，好像他想和天子见面。”汉武帝听后马上起驾到缑氏城等待与神仙的见面。然而虽然留宿数天，却仍然没有见到什么仙人，只是又看到了巨人的脚印。
此刻的汉武帝仍旧对求仙极其痴迷，他又派出方士到深山大海，希望能找到神仙。他自己也到海边，看着大海茫茫，云水迷雾，却不见神仙的半点踪迹。而这一切也让公孙卿担心起来，他怕汉武帝屡次东驾却都徒劳无功，将来会降罪于自己，而他又无法阻止汉武帝，便只能让汉武帝做点事分分心。于是，公孙卿托大将军卫青给汉武帝进言说：“仙人喜欢在楼上居住，我们不如多建些更高的楼，慢慢等待神仙的降临。”汉武帝听从卫青的建议，在长安城中兴筑蜚廉观和桂观。与此同时破土动工的还有在甘泉宫加筑的益寿观和延寿观。不久，又建了一座通天台，台高三十丈，站在通天台上，能遥望到二百里开外的长安城。此时的汉武帝忙于大建求仙的建筑，已经无心去追究公孙卿的诡计了。然而，尽管兴建了这么多神仙喜欢居住的高楼和宫殿观台，神仙仍旧不肯出现。这时候，汉武帝又开始东伐西讨，南征北战，暂时放下了求神仙这事。
公元前89年，六十九岁的汉武帝已经看到自己日暮途穷，求仙的心情更加迫切起来。于是又有了以前那个大胆的想法——亲自去海上航行寻找神仙。他到海边一看，巨大的浪头一个接一个的向岸上冲来，声音震耳欲聋。见此情形，汉武帝不由得后退了几步。在等了十几天后，风浪仍旧没有减弱，根本无法下船。汉武帝长叹一声，认为这是天意弄人，于是遗憾地回长安去了。这也是他最后一次大规模的求仙活动。
汉武帝日思夜想地求了五十年的神仙，派遣数以万计的方士不间断地入海求仙，入山觅药。他每次都满怀希望地盼望能遇见真正的仙人，可每次等到的都是骗子。几十年的折腾，众多的人力、物力、财力所祈求的神仙始终没有出现，而此时，汉武帝也终于幡然悔悟，在公元前89年3月，汉武帝终于停止了求仙的活动。
