漢武帝掌權初期，在繼續推行漢景帝時各項政策的同時，采取了一係列強化專製主義中央集權的措施。在政治方麵，首先頒行“推恩令”，使諸侯王多分封子弟為侯，使王國封地被分割，以進一步削弱諸侯王國勢力；其次建立中朝削弱相權，鞏固了皇權的神聖地位；再設置十三部刺史，加強了對地方的控製。在軍事方麵，主要是集中兵權，充實了中央的軍事力量；在經濟方麵，整頓財政，頒布“算緡”、“告緡”令，征收商人資產稅，打擊富商大賈；又采取桑弘羊建議，將冶鐵、煮鹽收歸官營，禁止郡國鑄錢；設置平準官、均輸官，由官府經營運輸和貿易，大大增強了國家經濟實力。同時興修水利，移民西北屯田，實行“代田法”，有利於農業生產的發展。在思想方麵，采納董仲舒的建議，罷黜百家，獨尊儒術，使儒學成為了中國社會的統治思想，對後世中國政治、社會、文化產生了深遠的影響。
對外，漢武帝采取軟硬兼施的手段，對匈奴他派衛青、霍去病等名將征伐，解除匈奴威脅，保障了北方經濟文化的發展。漢武帝的武功絕不止於對匈奴的戰爭。在南方，他先後消滅了閩越、甌越、南越三個國家，將東南越族地區納入漢朝版圖。在西南，他派司馬相如等以招撫兼武力脅迫的手段，征服了當地未開化的夜郎等民族。在東北，他征服了古朝鮮國。但意義更大的是鑿通西域。為斬斷匈奴退路，漢武帝派張騫出使西域，這位中國曆史上第一個偉大的探險家經過兩次難以想象的艱難跋涉，張騫出使西域終於打通了中亞文明同東亞漢族文明之間的通道，這也成為絲綢之路的東段。這條大道在此後的一千多年時間裏一直是中國同西亞乃至歐洲等文明交流的主幹道，佛教由這條大道傳入，而造紙術、指南針等也由這條通道傳出，僅僅憑借這一點，漢武帝已足以排進世界最有影響的帝王名單中。
漢武帝還非常注重人才的開發，他確立了察舉製度，是中國有係統選拔人才製度之濫觴，對後世影響很大。
漢武帝晚期由於連年對匈奴和西域用兵，並由於舉行封禪，祀神求仙，揮霍無度，加以徭役加重，捐稅增高，致使農民大量破產流亡。天漢二年（前99年），齊、楚、燕、趙和南陽等地均爆發了農民起義。漢武帝曾在輪台頒下《輪台罪己詔》:“朕即位以來，所為狂悖，使天下愁苦，不可追悔。自今事有傷害百姓，糜費天下者，悉罷之！”以表示承認自己的錯誤。
公元前88年，漢武帝叫畫公畫了一張“周公背成王朝諸侯圖”送給霍光，意思是讓霍光輔佐他的小兒子劉弗陵作皇帝。子幼母壯，為了防止太子的年輕母親鉤弋夫人重演呂後稱製的局麵，漢武帝狠下心借口處死了她。
公元前87年，漢武帝駕崩，葬於茂陵，廟號是世宗。
東方朔智諫漢武帝
東方朔偷桃漢武帝到了晚年，貪圖享樂，相信迷信，總希望自己能長生不老。一天，他對身邊的大臣和近侍說：“相書上說，一個人的鼻子下麵的人中越長，壽就越長；人中長一寸，就能活一百歲，不知道這話是不是真的？”東方朔聽了漢武帝的話，就知道他又在想怎樣使自己長生不老了，不覺笑出聲來。這在當時是非常嚴重的行為，旁邊的大臣不敢隱瞞，把東方朔這種大逆不道的行為稟奏給漢武帝。漢武帝聞之大怒，喝道：“東方朔，你敢嘲笑朕嗎？”
東方朔脫下帽子，賠著笑臉說：“我怎麼敢笑皇上呢？我是在笑彭祖的臉太難看了。”
漢武帝聽說不是笑自己，氣就消了一些，便問：“你為什麼笑彭祖呢？”
東方朔說：“據說彭祖活了八百歲，如果真像皇上剛才說的，彭祖的人中就有八寸長，那麼，他的臉不是有丈把長了嗎？”
漢武帝聽了，也哈哈大笑起來。自此也就漸漸打消了長生不老的念頭。
漢武帝“金屋藏嬌”的典故
話說漢武帝最開始的時候並不是太子，做太子的是他的哥哥劉榮。劉徹之所以能代替劉榮當上太子，全靠景帝的姐姐長公主的幫助。那麼，長公主為什麼要幫劉徹呢？
原來，長公主原想把自己的女兒陳阿嬌許給太子劉榮，這樣自己的女兒將來就是皇後。但是太子的母親栗姬卻不領情，於是長公主把目光轉向了劉徹。有一次，她問劉徹願不願意娶阿嬌做妻子，劉徹也很喜歡阿嬌，見姑姑問，便大方地說：“以後如果能娶阿嬌做妻子，我就要親自造一棟金屋子送給她。”(“若得阿嬌，必以金屋貯之。”)長公主於是把這件事告訴漢景帝並順便提親，漢景帝見兒子有這樣的氣魄，也同意了這門親事，並在後來改立劉徹為太子。劉徹即位後，陳阿嬌果然也成為後宮之主。