公元前201年秋天，匈奴冒顿大规模入侵，并包围了韩王信所部马邑。
汉高祖刘邦一边派出援兵，一边给韩王信写信希望他能坚守马邑。但不久边关传来消息：韩王信投降匈奴了，并带着匈奴大军攻打太原。朝中哗然，愤恨者、不解者、幸灾乐祸者，汉高祖刘邦是最不能明白的，他写给韩王信的信虽有责备，但核心还是希望他死守城池，不要心存侥幸。信中说：“作将军的，抱着必死之意不能算勇；抱着必生之心就不能胜任军职了。匈奴围攻马邑，你韩王的力量不足以坚守城池吗？虽处危亡之地，执忠履信，方可安存，这就是朕之所以要责备你韩王的原因。”可谓语重心长。韩王信投军一直在刘邦帐下效力，从里巷平民到南面称王，即使在荥阳保卫战中，被项羽关押投降，刘邦依然信重，分剖符节封为韩王。
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韩王信为什么投降匈奴？其实从汉高祖刘邦登基，韩王信被封王以后，一直心不自安。韩王信非常热爱生命，他对死亡有着异乎寻常的恐惧，所以他的危机意识非常强。他联想到文种、范蠡没有一条罪状，但在成功之后，一个被杀一个逃亡；他又想到伍子胥在吴国之所以被杀。他自己，一个曾经被俘投降过项羽的人，刘邦会放过自己吗？而且刘邦削平异性王的想法可谓是“司马昭之心路人皆知”。
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当刘邦把他的封地都邑改封到山西晋阳——抵御匈奴的前沿时。他觉得刘邦要对他动手了，借助匈奴人的手来剪除他的羽翼，在做他图。此时匈奴异常强大，正是处于最鼎盛时期，一旦匈奴南下，首当其冲就是韩王信的封地。韩王信封赏已到顶峰，战胜匈奴赏无可赏；一旦战败削爵罢官。韩王信终究不是韩信，他没有韩信的军事天才，他也没有韩信那么儿女情长。他给刘邦上疏说：晋阳距离边境较远，请允许我建都马邑。这是一次试探，试探一下刘邦对他的重视程度，试探出刘邦的真实想法，要知道抵抗匈奴的总指挥部前移，甚至到了匈奴一箭之地，一旦覆灭，整个晋地将彻底糜烂，从大局出发这一要求是不会被同意的。但刘邦同意了这一要求，韩王信心凉了。当匈奴出兵包围马邑时，韩王信多次派使者向胡人求和，也许商讨的就是投降条件，只是还没把自己买出好价钱，刘邦写信指责成了压倒骆驼的最后一根稻草。
韩王信的投降匈奴应该是早有预谋的，史记记载“秋，匈奴冒顿大围信，信数使使胡求和解。”没有提到匈奴攻城、韩王信抵抗——匈奴一围城，就派出使者求和；刘邦指责信中：“匈奴围攻马邑，你韩王的力量不足以坚守城池吗？”应该是能守住或者绝对可以坚持到援军来。他把都城迁徙到马邑更方便于他与匈奴媾和，通过他与柴武通信流露出的想法，他并不想投降匈奴，他只是希望倚匈奴自重求得保全，这也只是他的异想天开。韩王信投降匈奴以后可谓死心塌地，先后多次率军南侵，在边关制造动乱，劝说陈豨造反。特别是公元前２００年冬汉高祖的白登被围，使得匈奴窥得了汉室底细，助长了匈奴气焰，从而肆无忌惮挑衅、掳掠、南侵。打那时候起，汉朝开始采取屈辱的“和亲”政策，才跟匈奴的关系暂时缓和了下来。
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从这个角度说，韩王信百死难以恕其罪。