孝文帝即位后，任命周勃为右丞相，赐予黄金五千斤，食邑达到一万户。过了一个多月，有人规劝周勃说：“您既已诛灭吕氏家族，迎立了代王做天子，声震天下，而您得到了丰厚的赏赐，处于尊贵的显位，受到皇帝的宠信，时间久了可能会有大祸降临身上。”周勃很害怕，也感到自身处境危险，于是就提出辞职，请求归还相印。皇帝同意了。一年多后丞相陈平去世，皇上又任命周勃为丞相。
十个多月后，皇帝对他说：“前些日子我下诏叫列侯都回到自己的封地上去，还有些人没有走，丞相您是我所器重的人，可以率先回到封地上去。”于是周勃被免去丞相职务，回到绛县。过了一年多，每当河东郡的郡守、郡尉巡行各县来到绛县时，绛侯周勃都很害怕，担心自己被害，常身披铠甲，命令家人手持兵器，然后才见官。
在此之后有人向皇帝上书告发周勃想要谋反，皇帝责令廷尉处理此事，廷尉把这事交给长安地方去办，地方长官逮捕了周勃并审问他。周勃很害怕，不知该怎么答辩。狱吏便渐渐地欺负和凌辱他。周勃将一千金送给狱吏，狱吏就在公文板背后写字示意他说：“请公主作为证人以证明你没谋反”。
公主，指孝文帝的女儿，也就是周勃的长子周胜之所娶的妻子，因此狱吏指示周勃让公主作证。周勃把平日受封多得的赏赐，都拿来送给薄太后的弟弟薄昭。等到加紧审理案件时，薄昭便在薄太后面前为周勃说情，这样一来，薄太后也认为周勃没有谋反的事。
文帝朝见太后时，薄太后拿起头巾扔打文帝说：“绛侯周勃当初佩有皇大印，统率着整个北军，那个时候他都不谋反，如今住在一个小小的绛县，难道他反要谋反吗！”文帝已经见过周勃在狱中的表白，便向太后道歉说：“下官们刚刚查清此事正准备释放他。”于是便令使者拿着符节去赦免周勃，恢复了他的爵位和封邑。
周勃出狱后，感叹说：“我曾经统率过百万大军，怎么能知道小小狱吏还有这么大的威风啊！”周勃重新回到自己的封地。孝文帝十一年周勃去世，谥号为武侯。他的儿子周胜之继承绛侯爵位。过了六年他与所娶的公主夫妻感情不合，又牵连杀人罪，封国被废除。
封地、爵位断绝一年后，孝文帝从绛侯周勃的儿子中选出比较贤明、正担任河内郡守的周亚夫，封他为条侯，来作绛侯周勃的继承人。太史公司马迁评说：绛侯周勃当初为平民百姓时，是一个质朴憨厚的人，能力才智也超不过普通人。待到后来跟随高祖平定天下，升到将相这样的高位；吕氏家族欲谋作乱，周勃挽救国家危难，使国家恢复正常。这样的功劳，即使是商朝的伊尹、周朝的周公又超出他多少呢？
