就在張湯全力以赴追查淮南王謀反案全部涉案人員的同時，元狩元年初冬（前123年底）帝國相關執(zhí)法機關的一次抓捕行動卻叫他始料不及。

這次抓獲一名叫陳喜的江都籍案犯，蹊蹺的是，當時陳喜藏在衡山王劉賜之子劉孝府中，負責此次行動的官吏隨即起訴劉孝窩藏淮南王謀反涉案人員。但劉孝并沒有等到朝廷前來訊問，直接自首，承認自己參與謀反的經(jīng)過并舉報陳喜、枚赫兩人。張湯已經(jīng)見過太多意志薄弱的囚犯未經(jīng)審理便自動交代罪行，但這次使得廷尉大為驚訝的并不是劉孝的驚慌失措，而是劉孝供出的竟然是其父衡山王劉賜謀反的事實。

劉孝的表現(xiàn)實在叫世人哀嘆高帝劉邦的子孫墮落不堪，祖宗逐鹿天下時的膽略早已在四代傳承之后被稀釋殆盡。張湯即使以酷吏名世，但他面對劉孝的供狀也未必能夠心靜如水。此案的嚴重程度與淮南王一案完全等同，衡山王劉賜乃是淮南厲王劉長次子、淮南王劉安親弟，同樣是高帝劉邦親孫、武帝堂叔的高貴血統(tǒng)。而案情所及又是帝國第一重罪——謀反。如果說淮南王一案尚能使得張湯能夠從嚴酷的執(zhí)法中獲得一點維護帝國、效忠武帝的成就感的話，那么連續(xù)審理類似案件就絕不再是一件值得慶幸的事情。無論如何，張湯因職責所在必須徹查此案，審理從劉孝自首的動機入手。

劉孝自首的原因在于兩個方面，其一是他的門下賓客陳喜已被抓捕；其二是他早已知道，衡山國太子劉爽亦即他的哥哥，在元朔六年（前123）指使一個叫做白嬴的人向朝廷上書。這兩件事情特別是陳喜被捕徹底摧毀了劉孝的意志，他擔心陳喜會告發(fā)自己謀反之事，也擔心劉爽上書同樣是告發(fā)自己謀反。按照本朝法律“先自告除其罪”，為了活命他便選擇了自首。

白嬴上書之事雖然并未交由廷尉審理，但張湯必定知道此事。先是衡山王劉賜上書朝廷，請求廢掉太子劉爽，改立其另外一位兒子劉孝為太子。緊接著就是衡山國太子劉爽派白嬴到京師長安上書朝廷，告發(fā)其父衡山王劉賜與其弟劉孝謀反，而且劉孝與父王愛妾私通、不孝。白嬴抵達京師后尚未上書朝廷就已經(jīng)被當做淮南王一案的嫌疑犯被捕，他在獄中遞交上書從而完成了自己的使命。第三個回合是衡山王劉賜知曉此事后再次上書朝廷，控告劉爽忤逆不道。朝廷將此案轉(zhuǎn)交沛郡審辦。

白嬴之案尚未完結(jié)，就又出現(xiàn)了劉孝的主動供認不諱，張湯將兩個案件的卷宗調(diào)到一起互相比對，很快就弄清楚了事情的來龍去脈。

衡山王劉賜原本與其兄淮南王劉安不合，后來又約定共同起兵謀反。不過，劉賜的志向并不在帝位與天下，他擔心劉安起兵之后會首先吞并衡山國，之所以參與謀反意圖不過是擁兵自保。再者，元光六年（前129）衡山王入朝天子，一名隨行謁者意打算乘機上書武帝，得到效命天子的機會。衡山王對這樣的背叛行為無法容忍，就想要捏造罪名陷害這名謁者。主管民政的衡山內(nèi)史拒絕執(zhí)行，衡山王于是一并陷害內(nèi)史。內(nèi)史上書朝廷指衡山王所行不端，在其國內(nèi)搶占民田、毀墳開荒，有關部門奏請武帝逮捕衡山王治罪。武帝沒有同意，但還是下令削弱了衡山王的人事權力。按規(guī)定，諸侯王有權任免國內(nèi)四百石以下級別官吏，四百石以上由朝廷任免，現(xiàn)在，衡山國二百石以上級別官員都由朝廷任免。衡山王因為此事對朝廷極為不滿。