但他苦於無證據，又收買不到有力的證人，試探了幾次漢武帝劉徹對蘇武匈奴家人的看法， 漢武帝劉徹早己知道蘇武的嶽母和妻子是蘇武的救命恩人，是反對單於的，漢武帝劉徹極力誇獎她們的人品，說她們是真心熱愛漢朝的善良女人。楊威聽後很失望，覺得以此誣陷蘇武行不通，便打消了這個念頭。
然而楊威並不死心，他和侄兒楊偉雄密謀後，認為殺皇上未遂的米仙是蘇勇故意放走了，留下了刺殺皇上的隱患，皇上隨時都會有危險。他們認為蘇勇即使不是故意放跑的， 也犯有失職罪，應該予以追究。
他們向漢武帝劉徹巧妙進讒言，劉徹聽後覺得懷疑有道理，他又擔心逃走的米仙再來暗殺他，不由遷怒蘇勇，找來蘇勇追問當夜的情形，並把楊威和楊偉雄的奏本打開讓他看，責令他回去寫出悔過書，等待處理。
蘇勇回家後把此事告訴了父親蘇健和蘇武， 他們認為楊威和楊偉雄惡意誣陷，企圖奪取禦林軍的軍權。蘇勇寫出了事實的真相，並參奏楊氏叔侄二人誣陷功臣。
漢武帝劉徹麵對兩家的奏折，委決不下，認為都有理，便將此事擱置一旁，打算調查後再做處理。然而不等處理此事，漢武帝劉徹終因亂吃所謂的仙丹中毒死去了。
他在駕崩前，立下詔書，讓太子劉弗陵繼承了皇位，被稱為漢昭帝。漢昭帝劉弗陵剛當皇上，顧不了處理其父劉徹遺留下的許多問題，他隻顧眼前初登大殿的各種事。
在這種情況下， 蘇武抓緊時間暗中找到了楊威和楊偉雄為誣陷李陵而收買的假證人，他們並不是李陵的部下，也不是從匈奴逃回來的人。他們當時害怕楊威和楊偉雄殺了他們，由於他們當時是漢武帝的心腹人，他們逼他們做偽證，答應事後給官給黃金。結果什麼也沒有給，反而要殺他們滅口。他們逃出了京城才算活下來，而沒來得及逃走的兩個人被楊家派人殺死了。
活下來的五個人一直提心吊膽，不敢露麵，現在聽說蘇武要伸張正義，為他們除害，他們自然很高興，他們覺得有了正直的蘇武做靠山，就可以不怕丟命了。他們樂意為蘇武做證，並聯名寫出了證詞。他們認為蘇武是辦案的廷審官，有他作主，他們什麼也不怕了。
漢昭帝劉弗陵剛剛當了皇上，單於派使臣前來祝賀並進貢，目的在於得到劉弗陵的支持。那使臣在夜裏帶上黃金珠寶偷偷溜進楊威的府中去行賄，當他出來後，在走向驛館的路上被蘇武的侍衛們活捉了。
蘇武在庭審的密室裏悄悄審問了他，並以永久扣押威脅他，他隻好承認給楊威行賄的事。蘇武命侍衛從他身上搜出了楊威寫給單於的信，蘇武拆開信封看到信中寫著這樣的話：尊貴的單於： 你給我的黃金珠寶如數收到了， 謝謝你的誠意。我作為外事大臣跟你聯係，可以供給你情報，我一定說服漢昭帝全力支持你，幫你消滅莫爾蓋和鐵頓，成為惟一的單於，望你常派使臣來長安，以便跟我聯係。……
蘇武拿到了楊威的親筆信，再次審問使臣，問他何時跟楊威勾結起來的，那使臣說在漢武帝還未死以前。又問他行賄了多少次，他回答十一次。再問他向楊威索取了什麼情報，他一五一十地交待了。
蘇武讓使臣在供詞上簽名畫押， 然後以奸細的罪名把他關押了。蘇武立即寫出緊急奏折，把上述所有的罪狀都寫了，然後麵呈漢昭帝劉弗陵。
劉弗陵看完蘇武的奏折，非常憤怒，大罵楊威和楊偉雄陷害忠良李廣一家人，私通單於收受賄賂，出賣機密充當奸細。
漢昭帝劉弗陵下令秘密逮捕了楊威和楊偉雄， 交由刑尉嚴強問審，在人證物證麵前，他們無法抵賴，隻好承認罪行。
漢昭帝劉弗陵對抄斬李陵全家的做法一直不讚成， 如今在蘇武的調查落實下，真相大白了，他感到冤枉了一門忠臣，當眾為李廣家族平反了。
漢昭帝劉弗陵召開朝會，當眾宣讀了楊氏二人滔天大罪，然後命令監斬官，把楊氏叔侄推出午門，斬首示眾了。
由於蘇武除奸有功，漢昭帝劉弗陵加封蘇武為典屬國（掌管少數民族事務的官）。蘇武的權力更大了，他可以直接出麵管理關於匈奴的大事。他親自到匈奴的邊境，與陸夫和楊局研究如何選擇真正親漢朝的匈奴代理人，如何消滅陽奉陰違的單於。
蘇武在嶽母雅爾娜和妻子麥爾星的幫助下， 把匈奴地圖繪製出來，標明了國界、山嶺、戈壁、湖泊、河流和平原，使人一看便會心中有數。