漢武帝劉徹（前156年－前87年），西漢第七位皇帝（前141年－前87年在位），傑出的政治家、軍事家、戰略家、文學家、漢景帝劉啟與王皇後之子。
劉徹初封膠東王，七歲被立為皇太子，十六歲繼承皇位，在位五十四年，功業甚多：政治上加強中央集權，頒行推恩令，製訂左官律和附益法，嚴禁諸侯王參政；不拘一格提拔有才之士為侍從以備顧問；
裁抑相權，依靠親信、近臣宦官參與決策，形成中外朝製。又設十三州刺史部，加強對郡國的控製；經濟上改革幣製，禁止郡國鑄錢，推行鹽鐵官營、均輸平準，頒布算緡、告緡令，向商人征收重稅；
文化上建立正規的察舉製，令郡國舉孝廉及秀才、賢良方正等；實行尊崇儒術的文化政策，設五經博士，在京師長安興建太學，又令郡國皆立學官。對外，派衛青、霍去病多次出擊匈奴，迫其遠徙漠北；命張騫出使西域，溝通漢與西域各族聯係；又征服閩越、東甌、南越、衛氏朝鮮，經營西南夷，在其地設置郡縣。
但他迷信神仙，熱衷封禪和郊祀，巡遊各地，揮霍無度，並多次賣官鬻爵。在位後期社會矛盾日益尖銳，關東流民達二百萬，農民起義頻繁。又重用宦官，釀成“巫蠱之禍”，導致太子劉據自殺。
征和四年（前89年），劉徹下輪台詔，拒絕桑弘羊募民屯田輪台的建議。兩年後駕崩，傳位幼子劉弗陵，諡號孝武皇帝，廟號世宗，葬於茂陵。劉徹好文學，尤喜辭賦，代表作有《秋風辭》《悼李夫人賦》等。
劉徹之母王娡在懷孕時，漢景帝劉啟尚為太子。王娡夢見太陽進入她的懷中，醒來告訴劉啟後，劉啟認為這是高貴的征兆。劉徹還未出生，他的祖父漢文帝劉恆就駕崩了。劉啟繼位，是為景帝，不久劉徹出生。劉徹是漢景帝第十子，亦是王娡唯一的兒子。
漢景帝前元四年（前153年）四月二十三日，漢景帝立栗姬所生的長子劉榮為皇太子，劉徹亦同時被封為膠東王。劉徹的姑母館陶公主劉嫖向栗姬為其女陳氏提親，被栗姬拒絕，而王娡卻許諾讓劉徹娶陳氏，因此劉嫖不斷向景帝詆毀栗姬而讚譽王娡，栗姬亦曾出言不遜而觸怒景帝，天平遂逐漸向王娡母子傾斜。前元六年（前151年）薄皇後被廢黜後，王娡暗中指使大行令奏請立栗姬為皇後，使景帝對栗姬的不滿達到極點，於是處死大行令、疏遠栗姬，在前元七年（前150年）正月廢劉榮為臨江王。四月十七日，景帝立王娡為皇後；二十五日，立時年七歲的劉徹為皇太子。
劉徹成為儲君後，景帝拜衛綰為太子太傅、王臧為太子少傅，讓他們輔導劉徹。漢景帝後元三年（前141年）正月十七日，劉徹行冠禮。十天後，景帝駕崩，劉徹繼位。
劉徹即位初年，太皇太後竇猗房、皇太後王娡為代表的外戚勢力在朝中有很大影響力，劉徹也必須“奏事東宮”，也就是將國家政務向太後匯報。建元元年（前140年）六月，劉徹罷免了丞相衛綰和禦史大夫直不疑，將兩位外戚魏其侯竇嬰、武安侯田蚡分別任命為丞相和太尉。
另一方麵，劉徹也分別任命儒者趙綰和王臧為禦史大夫和郎中令。竇嬰和田蚡都喜好儒術，趙綰和王臧又是魯詩學和春秋穀梁學大儒申公的弟子，所以從這套執政班子可以看出劉徹的崇儒意誌。他還命令丞相等內外大臣推薦“賢良方正、直言極諫之士”，並派人以安車蒲輪、束帛加璧征召申公，申公見了劉徹後，強調治國需要“力行”而非“多言”，劉徹喜好文詞，故對申公不甚滿意，但畢竟已征召而來，就任命他為太中大夫，同時議定修明堂、改正朔、易服色及巡狩封禪等儒家禮製。
不過，太皇太後竇猗房崇尚黃老之學，阻撓儒學改革。同年十月（按漢初製度為建元二年十月），禦史大夫趙綰請求劉徹不要再將政務匯報給太後，竇太後大怒，斥責他又是一個新垣平，於是用自己搜集到的趙綰、王臧等非法牟利的罪證，要求劉徹將趙、王二人下獄治罪，二人皆死於獄中。竇嬰、田蚡也被罷免，改以開國功臣後裔許昌、莊青翟為丞相、禦史大夫。明堂等儒家禮製也被廢棄。
另一方麵，館陶大長公主自居擁立劉徹之功，對劉徹各種請求，令劉徹厭煩。劉徹按約定娶的館陶大長公主之女陳皇後起初獲得獨寵，但她不僅“驕妒”，而且長年無子，使劉徹對她有所疏遠。此時王太後告誡劉徹說：“你剛即位，大臣還沒有完全服從，就先搞明堂，惹惱了太皇太後，如今又忤逆大長公主，肯定會嚴重得罪她們。婦人容易取悅，你一定要十分慎重！”於是劉徹不得不稍微尊重館陶大長公主與陳皇後。在此期間，劉徹韜光養晦，沉湎於微行和狩獵。同時，他亦進行了一些對外開拓的準備工作和初步活動，如派張騫出使西域、派嚴助征討閩越等。
建元六年（前135年）五月，竇太後去世，劉徹得以完全掌權。他借口許昌、莊青翟辦理喪事不力，將二人罷免，起用舅舅田蚡為丞相，大司農韓安國為禦史大夫。劉徹對田蚡幾乎言聽計從，以致田蚡專橫跋扈，“權移主上”，後經劉徹敲打才有所收斂。而對於竇氏勢力則日益疏遠，終於在元光四年（前131年）借灌夫罵座之事而處死了竇嬰，不久田蚡亦死。
此後，劉徹起用功臣外戚以外的官吏乃至出身微賤之人，如主父偃、公孫弘、張湯等，並拜公孫弘為丞相，封平津侯，打破了非列侯不得為丞相的慣例，開啟了先拜相再封侯的先河；又提升禦史大夫的地位，讓禦史大夫張湯取代丞相的作用，相權對皇權的牽製作用也大為縮小。
另一方麵，劉徹寵幸姐姐平陽公主家的歌女衛子夫，而陳皇後則嫉妒衛子夫，屢次加以迫害，劉徹遂於元光五年（前130年）以巫蠱為由廢黜陳皇後，遷其於長門宮。元朔元年（前128年），年近三十的劉徹終於得到了第一個兒子劉據，遂於同年立劉據之母衛子夫為皇後，六年後立劉據為皇太子。
同時起用衛子夫之弟衛青、外甥霍去病來開疆拓土，新設大司馬之職來安置這些軍功外戚。衛青等深知劉徹對竇嬰、田蚡以外戚身份操控朝政、招攬賓客之事恨之入骨，因此行事低調，以“和柔”取悅劉徹，避免觸犯劉徹的皇權。
對於地方諸侯勢力，劉徹一方麵以推恩令進一步縮小其權限與土地，另一方麵於元狩元年（前122年）平息了淮南王劉安、衡山王劉賜的未遂叛亂，鞏固了中央對諸侯王的控製。元鼎五年（前112年），因列侯不肯助兵攻南越，劉徹以獻給朝廷的酎金成色不足為由，褫奪了106名列侯的爵位，從而敲打了消極應付中央的諸侯勢力，元鼎五年（前112年）以後，劉徹開始頻繁巡行郡國，加強對地方的控製。
經過漢初幾代統治者的休養生息政策，漢朝的國力在劉徹即位後已相當厚實。而劉徹自即位以來，就一改漢初的戰略防禦政策，積極進取，征伐四方，力圖實現“王者無外”的“大一統”的局麵。劉徹開疆拓土的用兵對象首先在南方。建元年間，劉徹兩次出兵閩越，都不戰而勝。這令劉徹頗有成就感，堅定了他征伐四方的意誌。他派嚴助向反對出兵的淮南王劉安傳達自己的意思，強調“漢為天下宗，操殺生之柄，以製海內之命，危者望安，亂者卬治”，即漢朝是天下萬國的宗主，具有征伐四方、扶危平亂的使命，其對外用兵的合法性也在於此。
劉徹最重要的戰略目標是“滅胡”，即消除匈奴對漢朝的威脅。為了實現這個目標，他在建元年間派張騫出使西域，試圖與遷徙到西域的匈奴世仇大月氏結成軍事同盟。但張騫在途中被匈奴扣押，逃脫後亦未能說服大月氏聯合漢朝，因此與大月氏結盟“滅胡”的計劃沒有實現。建元六年（前135年），匈奴又派人來漢朝要求和親，朝中分為大行令王恢為首的主戰派和禦史大夫韓安國為首的主和派，經過一番爭論，劉徹采納了主和派的主張，準備再對匈奴韜光養晦一段時間。到了元光二年（前133年），王恢向劉徹提出了馬邑之謀，試圖利誘匈奴軍臣單於入境，在馬邑穀中設伏滅之。劉徹批準，但該計劃因行動不周而沒有成功，王恢下獄自殺。此後匈奴斷絕了與漢朝的和親，更加頻繁地入侵漢朝邊緣。
在這種情況下，主父偃、嚴安等劉徹近臣提議恢複與匈奴和親，以換取國家的穩定。但劉徹並未對匈奴讓步，而是果斷提拔衛青、霍去病北擊匈奴。自元光六年（前129年）以來，衛青等將領連年出塞，大破匈奴，收複河套地區，建築朔方城，使漢朝在對匈鬥爭中逐漸居於主動地位。元狩二年（前121年），驃騎將軍霍去病西征匈奴右地，開拓河西走廊，渾邪王部四萬餘人降漢，其後陸續設置四郡（酒泉、張掖、武威、敦煌），隔絕了羌人和匈奴的往來，控製了前往西域的道路。元狩四年（前119年），衛青、霍去病等將領發動“度幕”作戰，深入漠北，大破匈奴，從此匈奴遠遁，“幕南無王庭”。但漢朝也付出了相當的損失，再加上霍去病在入塞兩年後去世，此後“久不北擊胡”，對匈奴的攻勢告一段落。
對匈奴的戰事告一段落後，劉徹又劍指其他方向，繼續開疆拓土。元鼎四年（前113年），劉徹派安國少季、終軍等出使南越，說服南越王趙興內附。但南越丞相呂嘉不願歸漢，於翌年殺死南越王趙興及其母漢女樛氏，安國少季、終軍等漢使亦遇害。劉徹遂派路博德、楊仆等發兵消滅南越，設置南海等九郡，將今廣東、廣西、海南以及越南中北部地區並入版圖。此後幾年，又陸續平定西羌、衛氏朝鮮、東越、西南夷等政權或民族，將今青海東部、朝鮮半島北部、雲貴高原等地並入版圖。
元鼎四年（前113年）六月，汾陰出土寶鼎，被認為是祥瑞之兆，此後劉徹命令討論封禪事宜，並在三年後完成封禪泰山的盛典，改元元封。封禪泰山是治定功成的象征，但劉徹並未停止用兵的步伐，還將兵鋒移至更遙遠的西域大宛，於是有了太初年間李廣利西征大宛之役，經過數年苦戰，終於斬大宛王，屯田於輪台、渠犁，初步控製西域。但匈奴在西域仍然保持較大的影響力，導致西域小國選擇“兩屬”以自保。而匈奴經過十餘年“休養息士馬，習射獵”，元氣有所恢複，再加上衛、霍已死，便拒絕按劉徹要求派太子入質漢朝，重新成為漢朝邊患。因此劉徹於太初四年（前101年）下詔征討匈奴，企圖徹底解決匈奴問題。然而前後數次征戰皆不利，李陵、李廣利等將領都投降匈奴。劉徹用兵數十年，造成民力疲敝，到元封四年（前107年），關東流民超過二百萬人，不在戶籍者四十萬，出現了“城郭倉廩空虛，民多流亡”“天下虛耗，人複相食”的局麵。
劉徹重用酷吏的惡果也日益凸顯，到了天漢年間，社會動蕩，“盜賊”四起，南陽有梅免、白政，楚有殷中、杜少，齊有徐勃，燕、趙之間有堅盧、範生等。劉徹稱之為“東方群盜”，一麵加強關中的安保和糾察，嚴防關中豪傑與其交通；一麵派光祿大夫範昆、諸輔都尉及故九卿張德等領兵鎮壓暴動，並派繡衣直指暴勝之等誅殺鎮壓不力的地方官吏，數年後才將“東方群盜”的領袖擒殺殆盡。但仍其殘部仍嘯聚山林，難以剿滅，劉徹乃頒布“沉命法”，嚴厲督促地方官吏剿滅“盜賊”。但地方官吏畏懼法令，往往隱匿不報，如此形成了惡性循環。
除了社會危機的萌生，宮廷內部的鬥爭也日益激化。元朔末年以後，隨著衛子夫色衰愛弛，劉徹又寵幸王夫人、李夫人等，生下多名皇子。皇太子劉據長大後，“仁恕溫謹”，對劉徹的窮兵黷武屢屢進諫，劉徹認為劉據不像自己，父子遂有所隔閡，衛子夫母子對此非常不安。劉徹發覺後，對衛青說：“漢家萬事剛剛開創，加上四夷侵略欺侮中國，朕不變更製度，後世就無所效法，不出兵征伐，天下就不會安定，為此不能不讓百姓勞累。如果後世又有像朕這麽做的，這是重蹈已經滅亡的秦朝的覆轍。太子敦厚，喜歡安靜，必定能安定天下，不讓朕擔心。要尋求一個守文之主，還有比太子更好的嗎？聽說皇後和太子心懷不安，哪有什麽值得不安的？你去把朕的這個意思告訴他們母子。”衛子夫聽說後，脫簪請罪。劉據每次進諫征伐四夷時，劉徹就笑道：“我來幹勞苦的事，把安逸留給你，就不行嗎？”
盡管如此，劉徹父子之間的矛盾並未緩解，朝中也分化為“用法大臣”為主的反太子派和所謂“寬厚長者”為主的親太子派，元封五年（前106年）衛青死後，劉據就更加孤立。太始三年（前94年），劉徹新寵趙婕妤懷孕十四個月，生下皇子劉弗陵，劉徹大喜，以與堯帝出生前懷孕的月數吻合為由，將趙婕妤的寢宮門命名為“堯母門”。這向外界傳遞出劉徹欲以劉弗陵取代劉據的信號，導致反太子派和親太子派之間的鬥爭日益白熱化，終於釀成了征和二年（前91年）的“巫蠱之禍”。劉據兵敗自殺，妻妾子女都遇害，衛子夫也自殺，衛氏家族隨之被誅滅。翌年，劉徹得知鎮壓劉據的丞相劉屈氂欲立李夫人之子昌邑王劉髆為儲君，便處死劉屈氂，又誅殺了在外征戰的李廣利以及已被劉據殺死的江充等人的家族，清洗了反太子派，並建思子宮和歸來望思之台，以表懷念。為太子伸冤的高寢郎田千秋則獲得提拔，數月即超升至丞相。不過劉據唯一幸存的孫子（後來的漢宣帝劉詢）仍被關押在長安獄中，在負責治獄的丙吉的保護下得以平安成長。
征和四年（前89年）春，劉徹親赴東萊求仙，適逢暴風驟雨，流高潮湧，無法出海，停留十餘日後返還。在封泰山、禪石閭以後，劉徹召見群臣，追悔以往的過失，命遣散方士，停止求仙。同年，搜粟都尉桑弘羊等請求在輪台屯田，劉徹下《輪台詔》，否決其議，並強調“當今務在禁苛暴，止擅賦，力本農，修馬複令以補缺，毋乏武備而已”。自此以後，劉徹不再出兵，而且封丞相田千秋為“富民侯”，表明與民休息之意；又任命趙過為搜粟都尉，讓他推廣代田法和先進農具。
後元元年（前88年），江充餘黨馬通、馬何羅等謀刺劉徹，近侍官員金日磾發覺，與另外兩名近侍官員霍光、上官桀合力粉碎陰謀，保護了劉徹。此時劉徹年近七十，時日無多，開始安排後事。劉徹諸子中，齊王劉閎早死，昌邑王劉髆因劉屈氂之獄而被排除出皇位繼承序列，燕王劉旦和廣陵王劉胥因違反法度而被疏遠，劉旦派來請求入京宿衛的使者亦被劉徹斬殺，以示警告。這樣一來，幼子劉弗陵成為唯一人選。劉徹為防止後宮幹政，殺了劉弗陵的生母趙婕妤，並安排霍光、金日磾、上官桀與桑弘羊四人為輔政大臣，確保自己身後政局的平穩過渡。
後元二年（前87年）春，劉徹病重，遷居於郊外長楊宮、五柞宮。期間有“望氣者”說長安獄中有天子氣，劉徹趁機下令處死關押在長安獄中的所有犯人，包括劉據之孫，卻被丙吉極力阻止，劉徹遂感慨天意如此，放棄屠獄之令。不久後的二月十二日，彌留之際的劉徹正式下詔立劉弗陵為皇太子，次日，霍光、金日磾、上官桀、桑弘羊在劉徹臥室內床下拜受顧命。二月十四日，劉徹駕崩，三月下葬於茂陵。諡號孝武皇帝。劉弗陵即位，是為昭帝。十三年後，劉據之孫劉詢繼承皇位，是為宣帝，於本始二年（前72年）追上劉徹廟號為“世宗”。
官製改革
劉徹為了強化專製皇權與中央集權，對官製進行了如下改革：
廢止太尉一職，後新設大司馬，以衛青、霍去病充任，但隻是給貴戚的尊寵之位，並不負責軍政。因此宰相之職從三公（丞相、禦史大夫、太尉）變為二府（丞相、禦史大夫）。
起用近臣參與決策，以製衡丞相權力。劉徹提拔一批有才幹的士人，在宮中充當皇帝近侍的將軍、侍中、常侍、給事中等官職，成為“出入禁門腹心之臣”。劉徹用近臣參與決策的代表性的例子有用嚴助之策否決田蚡之策，出兵攻閩越、救東甌，以及用主父偃之策行推恩令來削弱諸侯王，臨終前所托孤的四大臣亦皆為近臣。由此逐漸形成了侍中為代表的“中朝官”和丞相為代表的“外朝官”的二元體製。
賦予宦官職權。劉徹所重用的“近臣”除了士人，還有宦官。因為他“遊宴後庭”，所以讓宦官主管機密事務的上奏，開啟了宦官掌管尚書(主管群臣奏章等文書)的先河，稱之為“中書謁者”，同時設中書謁者令、中書謁者仆射，均由宦官擔任。然而劉徹後期，宦官蘇文、常融等人誣陷太子劉據，最終釀成巫蠱之禍。劉徹在位時，伴隨著皇權的增強，宦官勢力進一步發展，活躍於內朝，劉徹設置中書謁者令，以宦官充任，出納詔令及掌管內朝機要。中書令的設置，從製度上來說，開創了宦官典領中樞的先河。這是兩漢宦官製度史中的一次極為重要的轉折，為後來的宦官專權提供了範式。
加強監察官職，元狩五年（前118年）在丞相府增設司直一職，協助丞相檢舉不法。元封五年（前106年）依據《禹貢》《職方》等古籍，分天下為十三州，每州設刺史，以六條問事來監察州內地方官及豪強。征和四年（前89年）設司隸校尉，監督朝中百官和京畿七郡。劉徹在位後期，還有非常設的繡衣直指（繡衣使者），代表皇帝處理盜賊及重大案件。
外戚政策。漢景帝時期開始了以姻親封外戚為侯的先例，但當時外戚並未進入權力核心圈子漢武帝即位，作為帝舅的田蚡、田勝都以親親封侯。武安侯田蚡先為太尉，後“以肺腑為相”，權極一時。田以帝舅身份為丞相“入奏事，語移日，所言皆聽薦人或起家至二千石，權移主上”。盡管田蚡勢大，但仍未達到專權的局麵。田蚡之後，武帝嚴格控製外戚以姻親封侯。衛青、霍去病、李廣利等貴戚皆以軍功封侯，三人雖貴為將軍，但不能染指政治。武帝臨終前，遺詔封霍光博陸侯，引發外戚專權的局麵。
劉徹堅持法治方針，對犯法的皇親國戚也不縱容，不惜處死自己的外甥兼女婿昭平君，並嘉獎提拔了逮捕自己另一外甥（異父姐金俗之子）的義縱。但也有例外，如因倡優郭舍人巧妙求情而饒恕了自己的乳母（東武侯郭他之母，因家人犯法被遷徙邊塞）。
為了強化法製，劉徹於元光五年（前130年）命中大夫張湯、趙禹修訂律令，最終確立了漢律的框架，即律、令共計359章，死刑409條、1882事，死罪決事比事。其中代表性的例子就是強化了“見知故縱監臨部主法”的規定，即主管官吏故意放跑罪犯就與犯罪者同罪；同時“緩深故之罪”，即放寬對官吏製造冤假錯案的治罪。由此引發了劉徹在位時期的嚴刑峻法和酷吏盛行之風，劉徹還打擊關東社會的豪俠，遷徙關東豪俠於關中、並族誅豪俠郭解，以促使漢律下沉到關東基層社會。此外，劉徹在位時期，在董仲舒等人的推動下，實現了司法的初步儒家化，開啟了春秋決獄的先河。
劉徹在位後期，社會矛盾尖銳，農民起義頻繁，劉徹為此派繡衣直指誅殺鎮壓不力的官吏，並頒布“沉命法”，嚴厲督促地方官吏剿滅盜賊。但地方官吏畏懼法令，往往隱匿不報，如此形成了惡性循環。
用人政策
漢初以來，朝廷要職被列侯（一般為功臣或外戚）壟斷，並通過“任子”的方式世代為官。劉徹則不拘一格，唯才是舉，大膽提拔人才，並量才任用，這種用人方針體現在他於元封五年（前106年）所頒求賢詔書（武帝求茂才異等詔）中，他所提拔的人才中，不乏出身下賤或寒門之人，文有主父偃、卜式、公孫弘、兒寬、朱買臣、桑弘羊等，武有衛青、霍去病、李廣利等，甚至晚年還提拔了匈奴俘虜金日磾為顧命大臣。後世班固稱讚“漢之得人，於茲為盛”，因此劉徹一朝所創造的業績“後世莫及”。
劉徹還從製度上完善人才提拔機製。他大力發展察舉製，在建元元年十月（前141年）、元光元年（前134年）、元光五年（前130年）至少三次下詔舉賢良文學，得到董仲舒、東方朔、公孫弘、嚴助等人才。元光元年十一月（前135年），劉徹下詔郡國每歲舉孝者、廉吏各一人，後合稱孝廉，使察舉成為定製，孝廉亦成為察舉製的核心科目。
劉徹一方麵大膽提拔人才，慷慨封賞，另一方麵“性嚴峻”，對官員要求苛刻，認為“有才而不肯盡用，與無才同”，因此動輒誅殺不稱職或欺騙自己的官吏。他在位期間前後有十三位丞相，其中病死四人，因罪免職四人，因罪自殺二人，處死三人，其餘官員被下獄處死的更是不計其數。汲黯曾為此勸諫劉徹不要濫殺官員，但劉徹不以為然。
削弱諸侯
劉徹在漢景帝削藩政策的基礎上，進一步推行削弱諸侯王的措施。元朔二年（前127年），劉徹根據主父偃的建議，實行推恩令，規定諸侯王可以“推恩”將其封地分封給繼承王位的嫡長子以外的子弟，並上報朝廷，由皇帝製定列侯封號，諸侯王無權廢除或更改。所分封的侯國歸郡統轄，不得過問政事，僅收納封地內租稅。元狩元年（前122年）粉碎淮南王、衡山王的叛亂陰謀後，劉徹頒布左官律和附益法，前者貶抑諸侯國官吏為“左官”，規定曾仕王國官吏者不得在中央任職；後者禁止朝臣交結諸侯、為其謀利。經過劉徹的一些列削藩措施，諸侯王權勢、封地愈益縮減，名存實亡。
巡行郡國
自元鼎五年（前112年）以後，劉徹開始頻繁巡行郡國，其足跡北至塞外，南及湘衡，東到大海，西逾隴山，遍及五嶽四瀆。劉徹出巡的目的有：考察地方政情、巡察郡縣地方吏治；體察民情，勸課農桑，推廣教化；統籌軍事，安境定邊，等等。在此期間完成了封禪泰山、祭祀明堂、治理黃河等壯舉。不過，劉徹巡行也包含求仙問鬼等消極方麵。
區劃調整
西漢王朝奉行以關中為根本的地緣戰略，借以內控諸侯，外禦匈奴。劉邦時重在控內，並以洛陽作為控禦關東諸侯的重鎮；劉徹時重在禦外，而對關東諸侯的統治由軍事鎮綏為主轉向政治控製為主，洛陽在地緣戰略中的重要性也相應下降。出於適應地緣戰略轉變的需要，劉徹對長安、洛陽之間的地域結構進行了調整。元鼎三年（前114年），劉徹應樓船將軍楊仆之請求，將函穀關東移約三百裏，是為“廣關”。此後，漢關中區域北部的東界由以臨晉關為標誌的黃河一線向東推進至太行山一線；中部區域的東界由舊函穀關向東推進至新函穀關；南部區域的東界，由四川盆地東南緣向東南推進至柱蒲關、進桑關一線的滇桂、黔桂間山地。劉徹東徙函穀關，旨在將整個崤函山區括入關內，以加強對洛陽的控製，防備關東有變，異己勢力襲據洛陽以威脅關中；設置弘農郡，旨在構建以弘農、新安、宜陽為節點的防禦體係，並加強對崤函道和武關道的控製，以彌補函穀關東遷後帶來的關中防衛疏漏，達成控製洛陽和防衛關中的雙重目的。劉徹通過增大關中區域的範圍，特別是函穀關的東移和太行山以東地區劃入關中，大大增強了朝廷依托關中以控製關東這一基本治國方略的效力。
曆法改革
劉徹推行“易正朔”的政策，在任內對紀年方式、曆法等進行了全麵改革，影響深遠。文、景二帝時期，漢朝有“改元”的措施，但未建年號。劉徹即位後，亦每六年一改元，但即位三十餘年來沒有建號，而是用一元、二元、三元、四元、五元等來稱唿。五元（即元鼎）三年（前114年），朝廷中有關部門建議更改紀元的命名方式，廢掉以前的簡單數字排列法，代之以某種“天瑞”來紀元。翌年，汾陰出土寶鼎，遂將五元命名為“元鼎”，並將一、二、三、四元分別追加建元、元光、元朔、元狩的年號。三年後，劉徹封禪泰山，改元元封。到太初元年（前104年）才正式啟用年號紀元，不過在最後兩年又未建年號，後世習稱後元。年號製度成為之後中國絕大多數帝王所采用的紀年方式，並影響了東亞各國，延續至今。
在創造年號紀元的同時，劉徹亦著手改訂曆法。漢承秦製，沿用顓頊曆，以十月為歲首。劉徹命鄧平、唐都、落下閎等據天象實測和長期天文記錄，另造新曆，於太初元年（前104年）頒布，是為太初曆。太初曆采用夏正，以正月為歲首，采用二十四節氣，首次規定以沒有中氣的月分為閏月，並計算出交食周期和推步五大行星位置的方法，具有劃時代的意義。
劉徹對農業極為重視，其農業政策主要體現在以下四個方麵：
興修水利。劉徹在位時期是繼戰國後中國曆史上第二個興修水利的高潮，關中興建了六輔渠、白渠、龍首渠、成國渠等水利工程，在西北邊疆亦設置“渠卒”，負責水利。
整治漕運。劉徹接受大司農鄭當時的建議，“引渭穿渠”，以便關東糧食順利運到關中，發動數萬人用三年時間修起了三百裏漕渠，大大改善了運輸條件，提高了運輸效率，降低了運輸成本，而且還有一定的灌溉作用。同時，為了避開砥柱山一帶的險要河道，他命人在秦嶺劈山開路五百餘裏，修築褒斜道，使“漕從南陽上溯入褒，褒之絕水至斜，間百餘裏以車轉，從斜水下渭”，但褒水和斜水的河穀都過於陡峭，落差太大，水流湍急，加之水中多礁石，無法行船，所以開通褒斜道的預期目的未能實現。
治理黃河。劉徹在位前期，河水（黃河）連年決口於瓠子，給沿岸百姓造成深重災難。劉徹派鄭當時、汲黯率十萬軍民堵口，但由於水勢太大，堵而複決，當地民眾又幾次堵口，但都沒有成功。元封元年（前109年），劉徹封禪泰山迴來途中，親臨瓠子，下了死命令，“令群臣從官自將軍以下皆負薪實決河”，終於堵住了決口。為了防止河水再一次泛濫成災，又發動民眾修好了黃河分洪的兩條渠道，於是“梁楚之地複寧，無水災”。
改革農業技術。劉徹任用趙過為搜粟都尉，推廣代田法和牛耕，改進農具，從而大大提高了農業生產力，使西漢社會轉危為安，為昭宣中興奠定了重要基礎。
劉徹在位時四處用兵，漢朝七十年的積蓄逐漸不敷使用，民間的富商大賈、豪強地主坐擁大量財富，卻“不佐國家之急”。因此劉徹的經濟政策以擴張財政為中心，與“民”爭利，實行了以下措施：
1幣製改革
漢初幣製混亂，且允許郡國鑄錢，導致私人鑄幣現象嚴重。劉徹鑒於富商大賈“蹛財役貧”導致“黎民重困”日益嚴重的現實，決定展開幣製改革。他先從文帝四銖錢改三銖錢，又從三銖錢改半兩，再改半兩為三銖，又改三銖為白金三品，反複變動幣製，收效甚微，並造成通貨膨脹。元狩五年（前118年），劉徹統一發行五銖錢，規定五銖錢周邊和中間方孔的四周隆起，規定錢徑、孔徑、厚度，文重一致。但因為郡國分散鑄幣，鑄幣質量難以統一，為盜鑄留下了空隙，盜鑄依然屢禁不止。元鼎四年（前113年），劉徹下詔停止郡國鑄錢，以前所鑄錢幣一律熔毀，由上林三官統一鑄造，非上林三官錢不得流通，違者嚴懲。至此，鑄幣權完全收歸中央。
此外，劉徹還以恢複古禮為由，出台了白鹿皮幣，要求諸侯朝見時用現錢換取白鹿皮幣，用來襯墊貢品玉璧。獲取白鹿皮並不難，製造成幣極為容易，但卻人為規定一尺見方的白鹿皮幣價值40萬錢，目的就在於讓諸侯向朝廷多繳納錢，以解決財政難題。
2算緡、告緡
元光六年（前129年），劉徹首次下達算緡令，但隻是對有市籍的商人收運輸車稅，十年後再次下算緡令則是針對全體商人、手工業者，一律按資產征收財產稅。經商及高利貸資本2000緡錢收一算（120錢一算），手工業者減半；商人一車收二算，普通人減半；船五丈以上收一算。采取財產自報，但很多商人、手工業者都隱瞞不報或少報，於是劉徹鼓勵告緡，命楊可主持，一旦被舉報隱匿財產，就罰戍邊一年，沒收財產，並將其中一半賞給舉報者，於是告緡之風盛行，官府又往往從嚴處置，導致“商賈中家以上大率破”，朝廷收入隨之大大增加。元鼎四年（前113年），劉徹對新秦中（河套地區）邊防狀況不滿，殺了北地太守以下官員，並鼓勵民眾去新秦中畜牧，換取免於告緡的特權；元封元年（前110年），劉徹又命令能給甘泉倉捐獻粟米者就可以終身免役並免於告緡，於是民眾紛紛捐獻粟米，使“民不益賦而天下用饒”。
3鹽鐵酒官營
元狩四年（前119年），劉徹宣布鹽鐵官營，以鹽官、鐵官來管理，禁止民眾私自鑄鐵煮鹽，違者在左腳加釱。鹽官的主要作用是組織生產鹽務並轉運及收取鹽的專賣稅，鐵器則從製造到銷售都是官營，由此極大增加了朝廷的收入。此外，鐵器官營官銷還延緩了鐵兵器的外傳，保證了漢軍的武器優勢。但另一方麵，官方壟斷的鑄鐵業產生出的很多鐵器性價比很低，在一定程度上降低了生產力。
天漢三年（前98年），為了補充軍費，劉徹聽從少府的建議，榷酒酤，禁民釀酒，由官府專賣。
4均輸平準
元鼎二年（前115年），劉徹根據大農令孔僅和大農丞桑弘羊的建議，在中央主管國家財政的大司農之下設立均輸官，把應由各地輸京的物品轉運至各處販賣，從而增加朝廷收入，抑製商人壟斷市場，穩定物價。元封元年（前110年）又在京師長安設平準官 , 利用均輸官所存物資，根據物價，貴時拋售，賤時收購。實行均輸和平準使得朝廷所掌握的物資大大增加，平抑了市場的物價，打擊富商大賈囤積居奇，壟斷市場的行為。但由於用人不當，一些負責均輸、平準的官吏與商人勾結，反而導致物價上漲。
5賣官鬻爵
劉徹在位時，賣官現象已較為普遍，多次頒布“入物補官”、“入羊為郎”等詔令。
劉徹在位期間，主要是大規模對外戰爭、大興土木工程和劉徹本人的揮霍無度，引發財政危機，前代主要以錢來計價，劉徹時期開始出現以黃金作為計量單位。劉徹在位時期的賣官鬻爵直接導致了吏治的破壞，是漢代賣官鬻爵史上的轉折點。賣官鬻爵必將導致吏治腐敗，劉徹實現了這種從量變到質變的轉換過程。
由於劉徹在位期間的巨額財政支出，賣爵所得收入不足以維係開支，故劉徹開始賣官，多次頒布“入物補官”、“入羊為郎”的詔令。劉徹在位時期是整個兩漢時期頒布賣官鬻爵詔令最多的一個時期。
劉徹剛繼位就表現出崇儒的意向，他在建元元年十月（前141年）第一次舉賢良文學時所進的學“申、商、韓非、蘇秦、張儀之言”者都不錄用，同時以安車蒲輪、束帛加璧征召魯詩學和春秋穀梁學大儒申公，讓申公師徒商議明堂等禮製，但不久就受挫於崇尚黃老之學的竇太後。
建元五年（前136年），劉徹設置五經博士，重申尊崇儒術。元光元年（前134年），劉徹第二次舉賢良文學，丞相田蚡“黜黃老、刑名百家之言”，錄取數百名儒者，後來儒生公孫弘又做了丞相，引領天下學子競相習儒。在尊儒的過程中，劉徹又最為重視公孫弘、董仲舒等所代表的春秋公羊學，並讓太子劉據學習《春秋公羊傳》。
當時，董仲舒提出“諸不在六藝之科、孔子之術者，皆絕其道，勿使並進”，不過劉徹並未真正采納，而是采取了“博開藝能之路，悉延百端之學”的方針，也就是將儒學提升為官方意識形態的同時，也保留了諸子百家之學。在治國實踐過程中，法家思想受到重視，與儒家思想糅雜並用，從而形成了一套“霸王道雜之”的“漢家製度”，被後人歸納為“陽儒陰法”“外儒內法”，影響了此後兩千年的中國社會。
劉徹在位時，中國曆史上首次由政府下令在全國範圍內征集圖書。劉徹感慨書籍缺失，於是建藏書之策，置寫書之官，廣開獻書之路，命令諸子百家之書都收入秘府，經過百年的努力，終於使“書積如丘山”，保存了大量古代寶貴文獻。當時政府藏書處所有太常、太史、博士之藏，皇宮有延閣、廣內、秘室之府。這是中國曆史上第一次明確記載的國家圖書館。
元朔五年（前124年），丞相公孫弘建議設置博士弟子50人，跟隨五經博士學習儒家經典，他們學習的地方就是太學。這些博士弟子畢業後往往入朝為官，從此朝廷百官“彬彬多文學之士”。此外，劉徹還命令天下郡國皆立學校官，一如文翁在蜀郡所立學官。
設立樂府
劉徹在位時，在掌管雅樂的大樂官之外創立樂府於上林苑，掌管俗樂，負責收集民間的歌謠。主持樂府事務的“協律都尉”由著名音樂家李延年擔任，司馬相如等參與其中，同時製定了樂府收集民歌的“采詩夜誦”製度。為了記錄民歌，樂府使用一種叫作“聲曲折”的記譜法，可以把民歌的曲調記錄下來。在《樂府詩集》中記錄了吳、楚、燕、齊、鄭等各地詩歌，使各地民歌得到了一定程度的收集整理。樂府的設立對中國詩歌的發展做出了不可磨滅的貢獻。
軍製改革
劉徹在位時，為了強化京師長安的安保，在既有的南軍、北軍之外設立期門軍、羽林軍，專募強健勇武子弟為兵，又設置八校尉（中壘、屯騎、步兵、越騎、長水、射聲、虎賁、胡騎），其中中壘校尉隸屬於北軍。
征伐四方
劉徹即位後，一改之前的防禦性國防政策，出擊周邊四夷，對外戰爭貫穿其在位大部分時間，對匈奴、閩越、東越、南越、朝鮮、西南夷、西羌、車師、樓蘭、大宛等國家或民族發動了至少二十八場戰爭，滅南越、閩越、東越、朝鮮等，降伏車師、樓蘭、大宛、西羌、西南夷等，大大降低了匈奴對漢朝的威脅。劉徹一係列戰爭“所辟疆土，視高、惠、文、景時幾至一倍”，使中國“千萬年皆食其利”。
移民實邊：劉徹延續文帝以來的移民實邊政策。在元朔二年（前127年）招募十萬民眾充實朔方“新秦中”地區，元狩三年（前120年），關東水災，民多饑乏，移民七十餘萬於關西，並充實朔方、隴西、北地、西河、上郡等邊郡，此外也有遷徙會稽郡的。對於西南邊陲，也有“募豪民田南夷”的措施。
軍事屯田：元狩四年（前119年），漢發動漠北戰役，對匈奴王庭縱深進行打擊，匈奴受到重創，單於險些被俘。此後匈奴實力大損，無力大舉南侵。劉徹利用戰略空窗期，命令從朔方到令居通水渠、置田地，動員官吏士卒五六萬人屯田，其後更動員六十萬士卒屯田於上郡、朔方、西河以及河西四郡，從而在一定程度上解決了邊軍的供應問題，開啟軍事屯田之先河。伐大宛後，又各安排數百士卒屯田於輪台、渠犁，設置使者、校尉以管轄，一方麵保持漢朝在西域的影響力，另一方麵接濟出使西域的漢使。不過到了征和四年（前89年），桑弘羊等請求在輪台屯田，劉徹下《輪台詔》，否決其議，暫時撤去西域屯田。
興建長城：自元鼎六年（前111年）至天漢元年（前100年），劉徹又先後組織了七次大規模修築邊塞的行動，興建起了長達2000公裏左右的新的長城，使長城向西延伸到玉門關。
設部都尉：對於各邊郡，劉徹在原有的都尉之外設立若幹部都尉，以強化邊防。
漢初為了休養生息，對匈奴采取守勢，實行和親政策，互通關市。劉徹即位後，對匈奴表麵上維持既定政策，甚至還提供匈奴更多物資，以麻痹匈奴人，而暗中則積蓄力量，以“滅胡”為目標，同時派張騫出使西域，試圖與匈奴世仇大月氏結成軍事同盟。張騫途中被匈奴扣押，最終沒有實現這個計劃。
建元六年（前135年），匈奴又派人來漢朝要求和親，朝中分為大行令王恢為首的主戰派和禦史大夫韓安國為首的主和派，經過一番爭論，劉徹采納了主和派的主張，準備再韜光養晦一段時間。到了元光二年（前133年），王恢根據商人聶壹的建議，向劉徹提出了馬邑之謀，試圖利誘匈奴軍臣單於入境，在馬邑穀中設伏滅之。劉徹批準，但該計劃因行動不周而沒有成功，王恢下獄自殺。此後匈奴斷絕了與漢朝的和親，更加頻繁地入侵漢朝邊塞。不過匈奴仍然依賴漢朝物資，所以關市仍然維持。
元光六年（前129年），衛青等四將在關市伏擊匈奴人，揭開了漢匈全麵大戰的序幕。到元朔二年（前127年）取得初步戰果，即收複了河套地區，在此築朔方城，不過另一方麵也放棄上穀郡北麵的造陽之地九百裏。元狩二年（前121年），經過霍去病的打擊，匈奴渾邪王四萬餘眾降漢，原屬匈奴右地的河西走廊被漢朝控製，後來漢朝在此設置四郡，列置亭障，成為進軍西域的前哨，而匈奴的力量因此被極大削弱，乃至有“亡我祁連山，使我六畜不蕃息；失我焉支山，使我婦女無顏色”的悲歌。
元狩四年（前119年），漢朝動員數十萬軍隊深入漠北，展開對匈奴的最大打擊，衛青追擊至闐顏山趙信城，伊稚斜單於險些被俘；霍去病則大破左賢王，封狼居胥山。從此單於庭從代郡、雲中塞外遠遷漠北，對漢朝腹心地區的威脅基本解除。但漢朝也付出了相當的代價，死亡數萬人、損失戰馬十餘萬匹，再加上霍去病不久去世，因此漢朝也暫停了對匈奴的打擊，隻是強化對新秦中（河套）地區的戍守，雙方開始進入相持階段。
伊稚斜單於逃跑後，一麵養精蓄銳，一麵聽從趙信的緩兵之計，派人向漢朝卑辭求和，請求恢複和親。但此時漢朝已居於戰略優勢，不再滿足像之前那樣和親，而是要求匈奴臣服於漢，匈奴不從，扣押漢使任敞。烏維單於即位後，劉徹為了迫使匈奴臣服，派公孫賀、趙破奴出塞北伐，但未見匈奴一人。元封元年（前110年），劉徹親率十二部十八萬騎巡邊出塞，登臨單於台，“旌旗徑千餘裏，威震匈奴”，並派郭吉傳達他的旨意，要求匈奴要麽來戰、要麽稱臣，烏維單於扣押郭吉，流放北海，仍繼續養精蓄銳，不與漢朝交鋒。
其後匈奴又多次遣使懇求恢複和親，劉徹派熟悉胡俗的王烏出使匈奴，提出了匈奴送太子為人質的條件，烏維單於佯裝接受，但遲遲不送來太子；後來又揚言要入朝見劉徹，當麵約為兄弟，劉徹乃在長安修單於邸，準備迎接單於入朝。然而不久烏維借口匈奴使臣死在漢朝，扣押漢使路充國，又派小規模部隊侵犯邊塞，漢匈交涉破裂。到了烏師廬單於（兒單於）時期，漢匈關係更加緊張，互相扣使者達十多批。
太初元年（前104年），匈奴左大都尉欲弑殺兒單於，約降於漢，劉徹命公孫敖在塞外修受降城以待之。翌年，劉徹認為受降城還是離單於庭太遠，便派趙破奴領兵二萬騎出擊，行至朔方西北二千餘裏之浚稽山，左大都尉敗露被殺，兒單於派兵追擊趙破奴，最終在受降城外四百裏圍殲漢軍，不過在進一步攻擊受降城時，兒單於病死。從此漢匈戰端再開。
漢匈在西域亦展開競爭，李廣利伐大宛時，匈奴欲阻攔，未果。大宛平定後，劉徹於太初四年（前101年）下征匈奴詔，立誓要報劉邦平城之圍、呂後受辱之恥。且鞮侯單於新立，地位不穩，便對漢示好，釋放路充國等人，劉徹亦派蘇武護送扣押漢朝的匈奴使者出使匈奴，並攜帶大量禮物，但單於桀驁不馴，蘇武亦因其副使張勝卷入一場未遂的反單於政變中而被扣押並流放北海，剛有所好轉的漢匈關係再次轉入惡化。
劉徹遂於天漢二、四年及征和三年（前99、97、90年）發兵出擊匈奴，均失利，李陵、李廣利先後兵敗投降。劉徹雖然解除了匈奴對漢朝腹心的威脅，但最終未能得到匈奴的臣服，直到他死後三十多年的漢宣帝甘露年間，匈奴終於臣服於漢朝。
劉徹即位以前，西域本來是匈奴的勢力範圍，匈奴設置僮仆都尉來監管西域諸國。劉徹開始積極經營西域，斷匈奴之右臂，同時達到“廣地萬裏，重九譯，致殊俗，威德遍於四海”的目標。經過張騫的兩次出使以及河西走廊歸屬漢朝，劉徹在元封以後展開了對西域諸國的外交和軍事攻勢，其舉措主要有：
拉攏西域中較大的國家烏孫，起初欲說服其東徙，沒有成功；其後又相繼下嫁細君公主與解憂公主，與之結成聯姻關係，“以分匈奴西方之援國”。
對西域諸國采取經濟利誘，一麵派使“以賂遺設利朝也”，即通過財物來讓西域諸國入朝，一麵對西域使節誇耀漢朝富強，每次劉徹巡行東海，都會帶著西域使者，厚賞財帛，設角抵、奇戲及酒池肉林，讓他們觀看府庫積累，西域使者往往被漢朝的廣大強盛所震撼，漢朝也獲得了葡萄、苜蓿等西域特產。
對於親匈奴或反漢的國家，則予以軍事打擊，武力平定了車師（姑師）、樓蘭、輪台（侖頭）、鬱成、大宛等國，尤其是在李廣利三年苦戰平定大宛以後，大宛以東諸國“皆使其子弟從軍入獻”，朝見天子，留作人質。
通過劉徹的一係列舉措，漢朝初步確立了對蔥嶺以東的西域地區的影響力和控製權。到漢宣帝神爵二年（前60年）設西域都護，使蔥嶺以東的西域地區最終納入漢朝版圖。
對於浙江南部、福建的東甌、閩越，劉徹采取內遷政策，將東甌人主要安置於今江西省，東甌王改封為彭澤王，又有一支南遷到今吉安市；而閩越遷到江南的無錫、廬山附近、江淮之間、淮北地區、漢水流域、黃河口等地，比較分散。
對於今越南中北部的交趾、九真地區的駱越（雒越），劉徹則因俗而治，繼續賦予當地酋長“雒將”以自治權。
建元六年（前135年），劉徹聽取的唐蒙的建議，開始經略西南夷。起初采取“厚賂”政策，派唐蒙、司馬相如等深入西南夷，以物質利誘西南夷酋長同意漢朝在當地“置吏”，遂開犍為郡。元朔三年（前126年），由於劉徹集中精力對付匈奴，所以暫停對西南夷的經略。元狩元年（前122年），劉徹從張騫那裏得知西南夷可以通往身毒國（今印度），就派使臣數批使團出使西南夷，為當地昆明夷所阻。
元鼎六年（前111年）滅南越後，劉徹正式開始對西南夷用兵，武力討伐不服從漢朝的酋長，經過郭昌等數年用兵，陸續消滅且蘭、邛都、莋都、勞深、靡莫等反漢部落；迫使夜郎、冉駹、滇等內附，漢朝冊封其君長為王侯，並分其地為六郡。在平定西南夷的同時，劉徹采取移民實邊、開通道路等政策，加強了西南夷與內地的經濟、文化聯係，使西南夷逐漸形成了以南中大姓為中心的社會。
劉徹在位時，開疆拓土，設立不少新的郡縣，在河南地設三郡（朔方、五原、西河）、嶺南設九郡（南海、蒼梧、鬱林、合浦、交趾、九真、日南、珠崖、儋耳）、朝鮮設四郡（樂浪、真番、臨屯、玄菟）、河西設四郡（酒泉、武威、張掖、敦煌）、西南夷設七郡（犍為、牂牁、越巂、武都、汶山、沈黎、益州），這些新開拓的郡是為“初郡”，漢朝一方麵任命太守、都尉加以管轄，另一方麵保留當地民族的自治權，授其首領為王侯。另外在隴西、北地、上郡、朔方、雲中五邊郡設五屬國，管理匈奴降人；設護羌校尉、護烏桓校尉分別管理羌人和烏桓人。
劉徹在位時，於建元三年（前138年）和元狩四年（前119年）兩次命張騫出使西域，雖然未能達到聯合大月氏的戰略目的，卻聯絡了烏孫、大宛、康居、大月氏、大夏、安息、身毒、於闐、扜彌等國，使絲綢之路逐漸暢通。此後不少人爭相請求出使，劉徹都予以批準，一年之中甚至多至十餘批使團。由於道路遙遠，漢朝使團“常乏食，死者過半”，另一方麵由於匈奴對西域猶有影響力，漢使必須給西域小國幣帛才能得到食物，更有甚者“禁其食物以苦漢使”，使“漢使乏絕積怨，至相攻擊”。李廣利平定殺害漢使的大宛以後，漢使在西域絲綢之路的待遇才大為改善。此後劉徹又派了十多批使團出使大宛以西各國，求奇珍異寶，並宣揚平定大宛之威德。
張騫第一次出使西域之際，曾在大夏看到漢朝蜀地特產蜀布和邛竹杖，發現了一條經由身毒和西南夷的與蜀地相通的商貿道路，是為南方絲綢之路。劉徹得知後，命王然於、柏始昌、呂越人等出使身毒，但被西南夷中的昆明夷所阻，未能到達身毒。元狩三年（前120年），劉徹在長安開鑿昆明池，以備在滇池作戰。昆明雖然後來被漢朝擊潰，但仍不斷作亂、阻礙使者，使劉徹未能打通南方絲綢之路。
劉徹平定南越以後，海上絲綢之路亦納入漢朝視野，都元國、邑盧沒國、諶離國、夫甘都盧國、黃支國等東南亞、南亞國家都通過海上絲綢之路與漢朝往來。
曆史評價：
司馬遷：漢興五世，隆在建元，外攘夷狄，內修法度，封禪，改正朔，易服色。
董仲舒：今陛下貴為天子，富有四海，居得致之位，操可致之勢，又有能致之資，行高而恩厚，知明而意美，愛民而好士，可謂誼主矣。然而天地未應而美祥莫至者，何也？凡以教化不立而萬民不正也。
劉詢：孝武皇帝躬履仁義，選明將，討不服，匈奴遠遁，平氐、羌、昆明、南越，百蠻鄉風，款塞來享；建太學，修郊祀，定正朔，協音律；封泰山，塞宣房，符瑞應，寶鼎出，白麟獲。功德茂盛，不能盡宣。
劉徹初封膠東王，七歲被立為皇太子，十六歲繼承皇位，在位五十四年，功業甚多：政治上加強中央集權，頒行推恩令，製訂左官律和附益法，嚴禁諸侯王參政；不拘一格提拔有才之士為侍從以備顧問；
裁抑相權，依靠親信、近臣宦官參與決策，形成中外朝製。又設十三州刺史部，加強對郡國的控製；經濟上改革幣製，禁止郡國鑄錢，推行鹽鐵官營、均輸平準，頒布算緡、告緡令，向商人征收重稅；
文化上建立正規的察舉製，令郡國舉孝廉及秀才、賢良方正等；實行尊崇儒術的文化政策，設五經博士，在京師長安興建太學，又令郡國皆立學官。對外，派衛青、霍去病多次出擊匈奴，迫其遠徙漠北；命張騫出使西域，溝通漢與西域各族聯係；又征服閩越、東甌、南越、衛氏朝鮮，經營西南夷，在其地設置郡縣。
但他迷信神仙，熱衷封禪和郊祀，巡遊各地，揮霍無度，並多次賣官鬻爵。在位後期社會矛盾日益尖銳，關東流民達二百萬，農民起義頻繁。又重用宦官，釀成“巫蠱之禍”，導致太子劉據自殺。
征和四年（前89年），劉徹下輪台詔，拒絕桑弘羊募民屯田輪台的建議。兩年後駕崩，傳位幼子劉弗陵，諡號孝武皇帝，廟號世宗，葬於茂陵。劉徹好文學，尤喜辭賦，代表作有《秋風辭》《悼李夫人賦》等。
劉徹之母王娡在懷孕時，漢景帝劉啟尚為太子。王娡夢見太陽進入她的懷中，醒來告訴劉啟後，劉啟認為這是高貴的征兆。劉徹還未出生，他的祖父漢文帝劉恆就駕崩了。劉啟繼位，是為景帝，不久劉徹出生。劉徹是漢景帝第十子，亦是王娡唯一的兒子。
漢景帝前元四年（前153年）四月二十三日，漢景帝立栗姬所生的長子劉榮為皇太子，劉徹亦同時被封為膠東王。劉徹的姑母館陶公主劉嫖向栗姬為其女陳氏提親，被栗姬拒絕，而王娡卻許諾讓劉徹娶陳氏，因此劉嫖不斷向景帝詆毀栗姬而讚譽王娡，栗姬亦曾出言不遜而觸怒景帝，天平遂逐漸向王娡母子傾斜。前元六年（前151年）薄皇後被廢黜後，王娡暗中指使大行令奏請立栗姬為皇後，使景帝對栗姬的不滿達到極點，於是處死大行令、疏遠栗姬，在前元七年（前150年）正月廢劉榮為臨江王。四月十七日，景帝立王娡為皇後；二十五日，立時年七歲的劉徹為皇太子。
劉徹成為儲君後，景帝拜衛綰為太子太傅、王臧為太子少傅，讓他們輔導劉徹。漢景帝後元三年（前141年）正月十七日，劉徹行冠禮。十天後，景帝駕崩，劉徹繼位。
劉徹即位初年，太皇太後竇猗房、皇太後王娡為代表的外戚勢力在朝中有很大影響力，劉徹也必須“奏事東宮”，也就是將國家政務向太後匯報。建元元年（前140年）六月，劉徹罷免了丞相衛綰和禦史大夫直不疑，將兩位外戚魏其侯竇嬰、武安侯田蚡分別任命為丞相和太尉。
另一方麵，劉徹也分別任命儒者趙綰和王臧為禦史大夫和郎中令。竇嬰和田蚡都喜好儒術，趙綰和王臧又是魯詩學和春秋穀梁學大儒申公的弟子，所以從這套執政班子可以看出劉徹的崇儒意誌。他還命令丞相等內外大臣推薦“賢良方正、直言極諫之士”，並派人以安車蒲輪、束帛加璧征召申公，申公見了劉徹後，強調治國需要“力行”而非“多言”，劉徹喜好文詞，故對申公不甚滿意，但畢竟已征召而來，就任命他為太中大夫，同時議定修明堂、改正朔、易服色及巡狩封禪等儒家禮製。
不過，太皇太後竇猗房崇尚黃老之學，阻撓儒學改革。同年十月（按漢初製度為建元二年十月），禦史大夫趙綰請求劉徹不要再將政務匯報給太後，竇太後大怒，斥責他又是一個新垣平，於是用自己搜集到的趙綰、王臧等非法牟利的罪證，要求劉徹將趙、王二人下獄治罪，二人皆死於獄中。竇嬰、田蚡也被罷免，改以開國功臣後裔許昌、莊青翟為丞相、禦史大夫。明堂等儒家禮製也被廢棄。
另一方麵，館陶大長公主自居擁立劉徹之功，對劉徹各種請求，令劉徹厭煩。劉徹按約定娶的館陶大長公主之女陳皇後起初獲得獨寵，但她不僅“驕妒”，而且長年無子，使劉徹對她有所疏遠。此時王太後告誡劉徹說：“你剛即位，大臣還沒有完全服從，就先搞明堂，惹惱了太皇太後，如今又忤逆大長公主，肯定會嚴重得罪她們。婦人容易取悅，你一定要十分慎重！”於是劉徹不得不稍微尊重館陶大長公主與陳皇後。在此期間，劉徹韜光養晦，沉湎於微行和狩獵。同時，他亦進行了一些對外開拓的準備工作和初步活動，如派張騫出使西域、派嚴助征討閩越等。
建元六年（前135年）五月，竇太後去世，劉徹得以完全掌權。他借口許昌、莊青翟辦理喪事不力，將二人罷免，起用舅舅田蚡為丞相，大司農韓安國為禦史大夫。劉徹對田蚡幾乎言聽計從，以致田蚡專橫跋扈，“權移主上”，後經劉徹敲打才有所收斂。而對於竇氏勢力則日益疏遠，終於在元光四年（前131年）借灌夫罵座之事而處死了竇嬰，不久田蚡亦死。
此後，劉徹起用功臣外戚以外的官吏乃至出身微賤之人，如主父偃、公孫弘、張湯等，並拜公孫弘為丞相，封平津侯，打破了非列侯不得為丞相的慣例，開啟了先拜相再封侯的先河；又提升禦史大夫的地位，讓禦史大夫張湯取代丞相的作用，相權對皇權的牽製作用也大為縮小。
另一方麵，劉徹寵幸姐姐平陽公主家的歌女衛子夫，而陳皇後則嫉妒衛子夫，屢次加以迫害，劉徹遂於元光五年（前130年）以巫蠱為由廢黜陳皇後，遷其於長門宮。元朔元年（前128年），年近三十的劉徹終於得到了第一個兒子劉據，遂於同年立劉據之母衛子夫為皇後，六年後立劉據為皇太子。
同時起用衛子夫之弟衛青、外甥霍去病來開疆拓土，新設大司馬之職來安置這些軍功外戚。衛青等深知劉徹對竇嬰、田蚡以外戚身份操控朝政、招攬賓客之事恨之入骨，因此行事低調，以“和柔”取悅劉徹，避免觸犯劉徹的皇權。
對於地方諸侯勢力，劉徹一方麵以推恩令進一步縮小其權限與土地，另一方麵於元狩元年（前122年）平息了淮南王劉安、衡山王劉賜的未遂叛亂，鞏固了中央對諸侯王的控製。元鼎五年（前112年），因列侯不肯助兵攻南越，劉徹以獻給朝廷的酎金成色不足為由，褫奪了106名列侯的爵位，從而敲打了消極應付中央的諸侯勢力，元鼎五年（前112年）以後，劉徹開始頻繁巡行郡國，加強對地方的控製。
經過漢初幾代統治者的休養生息政策，漢朝的國力在劉徹即位後已相當厚實。而劉徹自即位以來，就一改漢初的戰略防禦政策，積極進取，征伐四方，力圖實現“王者無外”的“大一統”的局麵。劉徹開疆拓土的用兵對象首先在南方。建元年間，劉徹兩次出兵閩越，都不戰而勝。這令劉徹頗有成就感，堅定了他征伐四方的意誌。他派嚴助向反對出兵的淮南王劉安傳達自己的意思，強調“漢為天下宗，操殺生之柄，以製海內之命，危者望安，亂者卬治”，即漢朝是天下萬國的宗主，具有征伐四方、扶危平亂的使命，其對外用兵的合法性也在於此。
劉徹最重要的戰略目標是“滅胡”，即消除匈奴對漢朝的威脅。為了實現這個目標，他在建元年間派張騫出使西域，試圖與遷徙到西域的匈奴世仇大月氏結成軍事同盟。但張騫在途中被匈奴扣押，逃脫後亦未能說服大月氏聯合漢朝，因此與大月氏結盟“滅胡”的計劃沒有實現。建元六年（前135年），匈奴又派人來漢朝要求和親，朝中分為大行令王恢為首的主戰派和禦史大夫韓安國為首的主和派，經過一番爭論，劉徹采納了主和派的主張，準備再對匈奴韜光養晦一段時間。到了元光二年（前133年），王恢向劉徹提出了馬邑之謀，試圖利誘匈奴軍臣單於入境，在馬邑穀中設伏滅之。劉徹批準，但該計劃因行動不周而沒有成功，王恢下獄自殺。此後匈奴斷絕了與漢朝的和親，更加頻繁地入侵漢朝邊緣。
在這種情況下，主父偃、嚴安等劉徹近臣提議恢複與匈奴和親，以換取國家的穩定。但劉徹並未對匈奴讓步，而是果斷提拔衛青、霍去病北擊匈奴。自元光六年（前129年）以來，衛青等將領連年出塞，大破匈奴，收複河套地區，建築朔方城，使漢朝在對匈鬥爭中逐漸居於主動地位。元狩二年（前121年），驃騎將軍霍去病西征匈奴右地，開拓河西走廊，渾邪王部四萬餘人降漢，其後陸續設置四郡（酒泉、張掖、武威、敦煌），隔絕了羌人和匈奴的往來，控製了前往西域的道路。元狩四年（前119年），衛青、霍去病等將領發動“度幕”作戰，深入漠北，大破匈奴，從此匈奴遠遁，“幕南無王庭”。但漢朝也付出了相當的損失，再加上霍去病在入塞兩年後去世，此後“久不北擊胡”，對匈奴的攻勢告一段落。
對匈奴的戰事告一段落後，劉徹又劍指其他方向，繼續開疆拓土。元鼎四年（前113年），劉徹派安國少季、終軍等出使南越，說服南越王趙興內附。但南越丞相呂嘉不願歸漢，於翌年殺死南越王趙興及其母漢女樛氏，安國少季、終軍等漢使亦遇害。劉徹遂派路博德、楊仆等發兵消滅南越，設置南海等九郡，將今廣東、廣西、海南以及越南中北部地區並入版圖。此後幾年，又陸續平定西羌、衛氏朝鮮、東越、西南夷等政權或民族，將今青海東部、朝鮮半島北部、雲貴高原等地並入版圖。
元鼎四年（前113年）六月，汾陰出土寶鼎，被認為是祥瑞之兆，此後劉徹命令討論封禪事宜，並在三年後完成封禪泰山的盛典，改元元封。封禪泰山是治定功成的象征，但劉徹並未停止用兵的步伐，還將兵鋒移至更遙遠的西域大宛，於是有了太初年間李廣利西征大宛之役，經過數年苦戰，終於斬大宛王，屯田於輪台、渠犁，初步控製西域。但匈奴在西域仍然保持較大的影響力，導致西域小國選擇“兩屬”以自保。而匈奴經過十餘年“休養息士馬，習射獵”，元氣有所恢複，再加上衛、霍已死，便拒絕按劉徹要求派太子入質漢朝，重新成為漢朝邊患。因此劉徹於太初四年（前101年）下詔征討匈奴，企圖徹底解決匈奴問題。然而前後數次征戰皆不利，李陵、李廣利等將領都投降匈奴。劉徹用兵數十年，造成民力疲敝，到元封四年（前107年），關東流民超過二百萬人，不在戶籍者四十萬，出現了“城郭倉廩空虛，民多流亡”“天下虛耗，人複相食”的局麵。
劉徹重用酷吏的惡果也日益凸顯，到了天漢年間，社會動蕩，“盜賊”四起，南陽有梅免、白政，楚有殷中、杜少，齊有徐勃，燕、趙之間有堅盧、範生等。劉徹稱之為“東方群盜”，一麵加強關中的安保和糾察，嚴防關中豪傑與其交通；一麵派光祿大夫範昆、諸輔都尉及故九卿張德等領兵鎮壓暴動，並派繡衣直指暴勝之等誅殺鎮壓不力的地方官吏，數年後才將“東方群盜”的領袖擒殺殆盡。但仍其殘部仍嘯聚山林，難以剿滅，劉徹乃頒布“沉命法”，嚴厲督促地方官吏剿滅“盜賊”。但地方官吏畏懼法令，往往隱匿不報，如此形成了惡性循環。
除了社會危機的萌生，宮廷內部的鬥爭也日益激化。元朔末年以後，隨著衛子夫色衰愛弛，劉徹又寵幸王夫人、李夫人等，生下多名皇子。皇太子劉據長大後，“仁恕溫謹”，對劉徹的窮兵黷武屢屢進諫，劉徹認為劉據不像自己，父子遂有所隔閡，衛子夫母子對此非常不安。劉徹發覺後，對衛青說：“漢家萬事剛剛開創，加上四夷侵略欺侮中國，朕不變更製度，後世就無所效法，不出兵征伐，天下就不會安定，為此不能不讓百姓勞累。如果後世又有像朕這麽做的，這是重蹈已經滅亡的秦朝的覆轍。太子敦厚，喜歡安靜，必定能安定天下，不讓朕擔心。要尋求一個守文之主，還有比太子更好的嗎？聽說皇後和太子心懷不安，哪有什麽值得不安的？你去把朕的這個意思告訴他們母子。”衛子夫聽說後，脫簪請罪。劉據每次進諫征伐四夷時，劉徹就笑道：“我來幹勞苦的事，把安逸留給你，就不行嗎？”
盡管如此，劉徹父子之間的矛盾並未緩解，朝中也分化為“用法大臣”為主的反太子派和所謂“寬厚長者”為主的親太子派，元封五年（前106年）衛青死後，劉據就更加孤立。太始三年（前94年），劉徹新寵趙婕妤懷孕十四個月，生下皇子劉弗陵，劉徹大喜，以與堯帝出生前懷孕的月數吻合為由，將趙婕妤的寢宮門命名為“堯母門”。這向外界傳遞出劉徹欲以劉弗陵取代劉據的信號，導致反太子派和親太子派之間的鬥爭日益白熱化，終於釀成了征和二年（前91年）的“巫蠱之禍”。劉據兵敗自殺，妻妾子女都遇害，衛子夫也自殺，衛氏家族隨之被誅滅。翌年，劉徹得知鎮壓劉據的丞相劉屈氂欲立李夫人之子昌邑王劉髆為儲君，便處死劉屈氂，又誅殺了在外征戰的李廣利以及已被劉據殺死的江充等人的家族，清洗了反太子派，並建思子宮和歸來望思之台，以表懷念。為太子伸冤的高寢郎田千秋則獲得提拔，數月即超升至丞相。不過劉據唯一幸存的孫子（後來的漢宣帝劉詢）仍被關押在長安獄中，在負責治獄的丙吉的保護下得以平安成長。
征和四年（前89年）春，劉徹親赴東萊求仙，適逢暴風驟雨，流高潮湧，無法出海，停留十餘日後返還。在封泰山、禪石閭以後，劉徹召見群臣，追悔以往的過失，命遣散方士，停止求仙。同年，搜粟都尉桑弘羊等請求在輪台屯田，劉徹下《輪台詔》，否決其議，並強調“當今務在禁苛暴，止擅賦，力本農，修馬複令以補缺，毋乏武備而已”。自此以後，劉徹不再出兵，而且封丞相田千秋為“富民侯”，表明與民休息之意；又任命趙過為搜粟都尉，讓他推廣代田法和先進農具。
後元元年（前88年），江充餘黨馬通、馬何羅等謀刺劉徹，近侍官員金日磾發覺，與另外兩名近侍官員霍光、上官桀合力粉碎陰謀，保護了劉徹。此時劉徹年近七十，時日無多，開始安排後事。劉徹諸子中，齊王劉閎早死，昌邑王劉髆因劉屈氂之獄而被排除出皇位繼承序列，燕王劉旦和廣陵王劉胥因違反法度而被疏遠，劉旦派來請求入京宿衛的使者亦被劉徹斬殺，以示警告。這樣一來，幼子劉弗陵成為唯一人選。劉徹為防止後宮幹政，殺了劉弗陵的生母趙婕妤，並安排霍光、金日磾、上官桀與桑弘羊四人為輔政大臣，確保自己身後政局的平穩過渡。
後元二年（前87年）春，劉徹病重，遷居於郊外長楊宮、五柞宮。期間有“望氣者”說長安獄中有天子氣，劉徹趁機下令處死關押在長安獄中的所有犯人，包括劉據之孫，卻被丙吉極力阻止，劉徹遂感慨天意如此，放棄屠獄之令。不久後的二月十二日，彌留之際的劉徹正式下詔立劉弗陵為皇太子，次日，霍光、金日磾、上官桀、桑弘羊在劉徹臥室內床下拜受顧命。二月十四日，劉徹駕崩，三月下葬於茂陵。諡號孝武皇帝。劉弗陵即位，是為昭帝。十三年後，劉據之孫劉詢繼承皇位，是為宣帝，於本始二年（前72年）追上劉徹廟號為“世宗”。
官製改革
劉徹為了強化專製皇權與中央集權，對官製進行了如下改革：
廢止太尉一職，後新設大司馬，以衛青、霍去病充任，但隻是給貴戚的尊寵之位，並不負責軍政。因此宰相之職從三公（丞相、禦史大夫、太尉）變為二府（丞相、禦史大夫）。
起用近臣參與決策，以製衡丞相權力。劉徹提拔一批有才幹的士人，在宮中充當皇帝近侍的將軍、侍中、常侍、給事中等官職，成為“出入禁門腹心之臣”。劉徹用近臣參與決策的代表性的例子有用嚴助之策否決田蚡之策，出兵攻閩越、救東甌，以及用主父偃之策行推恩令來削弱諸侯王，臨終前所托孤的四大臣亦皆為近臣。由此逐漸形成了侍中為代表的“中朝官”和丞相為代表的“外朝官”的二元體製。
賦予宦官職權。劉徹所重用的“近臣”除了士人，還有宦官。因為他“遊宴後庭”，所以讓宦官主管機密事務的上奏，開啟了宦官掌管尚書(主管群臣奏章等文書)的先河，稱之為“中書謁者”，同時設中書謁者令、中書謁者仆射，均由宦官擔任。然而劉徹後期，宦官蘇文、常融等人誣陷太子劉據，最終釀成巫蠱之禍。劉徹在位時，伴隨著皇權的增強，宦官勢力進一步發展，活躍於內朝，劉徹設置中書謁者令，以宦官充任，出納詔令及掌管內朝機要。中書令的設置，從製度上來說，開創了宦官典領中樞的先河。這是兩漢宦官製度史中的一次極為重要的轉折，為後來的宦官專權提供了範式。
加強監察官職，元狩五年（前118年）在丞相府增設司直一職，協助丞相檢舉不法。元封五年（前106年）依據《禹貢》《職方》等古籍，分天下為十三州，每州設刺史，以六條問事來監察州內地方官及豪強。征和四年（前89年）設司隸校尉，監督朝中百官和京畿七郡。劉徹在位後期，還有非常設的繡衣直指（繡衣使者），代表皇帝處理盜賊及重大案件。
外戚政策。漢景帝時期開始了以姻親封外戚為侯的先例，但當時外戚並未進入權力核心圈子漢武帝即位，作為帝舅的田蚡、田勝都以親親封侯。武安侯田蚡先為太尉，後“以肺腑為相”，權極一時。田以帝舅身份為丞相“入奏事，語移日，所言皆聽薦人或起家至二千石，權移主上”。盡管田蚡勢大，但仍未達到專權的局麵。田蚡之後，武帝嚴格控製外戚以姻親封侯。衛青、霍去病、李廣利等貴戚皆以軍功封侯，三人雖貴為將軍，但不能染指政治。武帝臨終前，遺詔封霍光博陸侯，引發外戚專權的局麵。
劉徹堅持法治方針，對犯法的皇親國戚也不縱容，不惜處死自己的外甥兼女婿昭平君，並嘉獎提拔了逮捕自己另一外甥（異父姐金俗之子）的義縱。但也有例外，如因倡優郭舍人巧妙求情而饒恕了自己的乳母（東武侯郭他之母，因家人犯法被遷徙邊塞）。
為了強化法製，劉徹於元光五年（前130年）命中大夫張湯、趙禹修訂律令，最終確立了漢律的框架，即律、令共計359章，死刑409條、1882事，死罪決事比事。其中代表性的例子就是強化了“見知故縱監臨部主法”的規定，即主管官吏故意放跑罪犯就與犯罪者同罪；同時“緩深故之罪”，即放寬對官吏製造冤假錯案的治罪。由此引發了劉徹在位時期的嚴刑峻法和酷吏盛行之風，劉徹還打擊關東社會的豪俠，遷徙關東豪俠於關中、並族誅豪俠郭解，以促使漢律下沉到關東基層社會。此外，劉徹在位時期，在董仲舒等人的推動下，實現了司法的初步儒家化，開啟了春秋決獄的先河。
劉徹在位後期，社會矛盾尖銳，農民起義頻繁，劉徹為此派繡衣直指誅殺鎮壓不力的官吏，並頒布“沉命法”，嚴厲督促地方官吏剿滅盜賊。但地方官吏畏懼法令，往往隱匿不報，如此形成了惡性循環。
用人政策
漢初以來，朝廷要職被列侯（一般為功臣或外戚）壟斷，並通過“任子”的方式世代為官。劉徹則不拘一格，唯才是舉，大膽提拔人才，並量才任用，這種用人方針體現在他於元封五年（前106年）所頒求賢詔書（武帝求茂才異等詔）中，他所提拔的人才中，不乏出身下賤或寒門之人，文有主父偃、卜式、公孫弘、兒寬、朱買臣、桑弘羊等，武有衛青、霍去病、李廣利等，甚至晚年還提拔了匈奴俘虜金日磾為顧命大臣。後世班固稱讚“漢之得人，於茲為盛”，因此劉徹一朝所創造的業績“後世莫及”。
劉徹還從製度上完善人才提拔機製。他大力發展察舉製，在建元元年十月（前141年）、元光元年（前134年）、元光五年（前130年）至少三次下詔舉賢良文學，得到董仲舒、東方朔、公孫弘、嚴助等人才。元光元年十一月（前135年），劉徹下詔郡國每歲舉孝者、廉吏各一人，後合稱孝廉，使察舉成為定製，孝廉亦成為察舉製的核心科目。
劉徹一方麵大膽提拔人才，慷慨封賞，另一方麵“性嚴峻”，對官員要求苛刻，認為“有才而不肯盡用，與無才同”，因此動輒誅殺不稱職或欺騙自己的官吏。他在位期間前後有十三位丞相，其中病死四人，因罪免職四人，因罪自殺二人，處死三人，其餘官員被下獄處死的更是不計其數。汲黯曾為此勸諫劉徹不要濫殺官員，但劉徹不以為然。
削弱諸侯
劉徹在漢景帝削藩政策的基礎上，進一步推行削弱諸侯王的措施。元朔二年（前127年），劉徹根據主父偃的建議，實行推恩令，規定諸侯王可以“推恩”將其封地分封給繼承王位的嫡長子以外的子弟，並上報朝廷，由皇帝製定列侯封號，諸侯王無權廢除或更改。所分封的侯國歸郡統轄，不得過問政事，僅收納封地內租稅。元狩元年（前122年）粉碎淮南王、衡山王的叛亂陰謀後，劉徹頒布左官律和附益法，前者貶抑諸侯國官吏為“左官”，規定曾仕王國官吏者不得在中央任職；後者禁止朝臣交結諸侯、為其謀利。經過劉徹的一些列削藩措施，諸侯王權勢、封地愈益縮減，名存實亡。
巡行郡國
自元鼎五年（前112年）以後，劉徹開始頻繁巡行郡國，其足跡北至塞外，南及湘衡，東到大海，西逾隴山，遍及五嶽四瀆。劉徹出巡的目的有：考察地方政情、巡察郡縣地方吏治；體察民情，勸課農桑，推廣教化；統籌軍事，安境定邊，等等。在此期間完成了封禪泰山、祭祀明堂、治理黃河等壯舉。不過，劉徹巡行也包含求仙問鬼等消極方麵。
區劃調整
西漢王朝奉行以關中為根本的地緣戰略，借以內控諸侯，外禦匈奴。劉邦時重在控內，並以洛陽作為控禦關東諸侯的重鎮；劉徹時重在禦外，而對關東諸侯的統治由軍事鎮綏為主轉向政治控製為主，洛陽在地緣戰略中的重要性也相應下降。出於適應地緣戰略轉變的需要，劉徹對長安、洛陽之間的地域結構進行了調整。元鼎三年（前114年），劉徹應樓船將軍楊仆之請求，將函穀關東移約三百裏，是為“廣關”。此後，漢關中區域北部的東界由以臨晉關為標誌的黃河一線向東推進至太行山一線；中部區域的東界由舊函穀關向東推進至新函穀關；南部區域的東界，由四川盆地東南緣向東南推進至柱蒲關、進桑關一線的滇桂、黔桂間山地。劉徹東徙函穀關，旨在將整個崤函山區括入關內，以加強對洛陽的控製，防備關東有變，異己勢力襲據洛陽以威脅關中；設置弘農郡，旨在構建以弘農、新安、宜陽為節點的防禦體係，並加強對崤函道和武關道的控製，以彌補函穀關東遷後帶來的關中防衛疏漏，達成控製洛陽和防衛關中的雙重目的。劉徹通過增大關中區域的範圍，特別是函穀關的東移和太行山以東地區劃入關中，大大增強了朝廷依托關中以控製關東這一基本治國方略的效力。
曆法改革
劉徹推行“易正朔”的政策，在任內對紀年方式、曆法等進行了全麵改革，影響深遠。文、景二帝時期，漢朝有“改元”的措施，但未建年號。劉徹即位後，亦每六年一改元，但即位三十餘年來沒有建號，而是用一元、二元、三元、四元、五元等來稱唿。五元（即元鼎）三年（前114年），朝廷中有關部門建議更改紀元的命名方式，廢掉以前的簡單數字排列法，代之以某種“天瑞”來紀元。翌年，汾陰出土寶鼎，遂將五元命名為“元鼎”，並將一、二、三、四元分別追加建元、元光、元朔、元狩的年號。三年後，劉徹封禪泰山，改元元封。到太初元年（前104年）才正式啟用年號紀元，不過在最後兩年又未建年號，後世習稱後元。年號製度成為之後中國絕大多數帝王所采用的紀年方式，並影響了東亞各國，延續至今。
在創造年號紀元的同時，劉徹亦著手改訂曆法。漢承秦製，沿用顓頊曆，以十月為歲首。劉徹命鄧平、唐都、落下閎等據天象實測和長期天文記錄，另造新曆，於太初元年（前104年）頒布，是為太初曆。太初曆采用夏正，以正月為歲首，采用二十四節氣，首次規定以沒有中氣的月分為閏月，並計算出交食周期和推步五大行星位置的方法，具有劃時代的意義。
劉徹對農業極為重視，其農業政策主要體現在以下四個方麵：
興修水利。劉徹在位時期是繼戰國後中國曆史上第二個興修水利的高潮，關中興建了六輔渠、白渠、龍首渠、成國渠等水利工程，在西北邊疆亦設置“渠卒”，負責水利。
整治漕運。劉徹接受大司農鄭當時的建議，“引渭穿渠”，以便關東糧食順利運到關中，發動數萬人用三年時間修起了三百裏漕渠，大大改善了運輸條件，提高了運輸效率，降低了運輸成本，而且還有一定的灌溉作用。同時，為了避開砥柱山一帶的險要河道，他命人在秦嶺劈山開路五百餘裏，修築褒斜道，使“漕從南陽上溯入褒，褒之絕水至斜，間百餘裏以車轉，從斜水下渭”，但褒水和斜水的河穀都過於陡峭，落差太大，水流湍急，加之水中多礁石，無法行船，所以開通褒斜道的預期目的未能實現。
治理黃河。劉徹在位前期，河水（黃河）連年決口於瓠子，給沿岸百姓造成深重災難。劉徹派鄭當時、汲黯率十萬軍民堵口，但由於水勢太大，堵而複決，當地民眾又幾次堵口，但都沒有成功。元封元年（前109年），劉徹封禪泰山迴來途中，親臨瓠子，下了死命令，“令群臣從官自將軍以下皆負薪實決河”，終於堵住了決口。為了防止河水再一次泛濫成災，又發動民眾修好了黃河分洪的兩條渠道，於是“梁楚之地複寧，無水災”。
改革農業技術。劉徹任用趙過為搜粟都尉，推廣代田法和牛耕，改進農具，從而大大提高了農業生產力，使西漢社會轉危為安，為昭宣中興奠定了重要基礎。
劉徹在位時四處用兵，漢朝七十年的積蓄逐漸不敷使用，民間的富商大賈、豪強地主坐擁大量財富，卻“不佐國家之急”。因此劉徹的經濟政策以擴張財政為中心，與“民”爭利，實行了以下措施：
1幣製改革
漢初幣製混亂，且允許郡國鑄錢，導致私人鑄幣現象嚴重。劉徹鑒於富商大賈“蹛財役貧”導致“黎民重困”日益嚴重的現實，決定展開幣製改革。他先從文帝四銖錢改三銖錢，又從三銖錢改半兩，再改半兩為三銖，又改三銖為白金三品，反複變動幣製，收效甚微，並造成通貨膨脹。元狩五年（前118年），劉徹統一發行五銖錢，規定五銖錢周邊和中間方孔的四周隆起，規定錢徑、孔徑、厚度，文重一致。但因為郡國分散鑄幣，鑄幣質量難以統一，為盜鑄留下了空隙，盜鑄依然屢禁不止。元鼎四年（前113年），劉徹下詔停止郡國鑄錢，以前所鑄錢幣一律熔毀，由上林三官統一鑄造，非上林三官錢不得流通，違者嚴懲。至此，鑄幣權完全收歸中央。
此外，劉徹還以恢複古禮為由，出台了白鹿皮幣，要求諸侯朝見時用現錢換取白鹿皮幣，用來襯墊貢品玉璧。獲取白鹿皮並不難，製造成幣極為容易，但卻人為規定一尺見方的白鹿皮幣價值40萬錢，目的就在於讓諸侯向朝廷多繳納錢，以解決財政難題。
2算緡、告緡
元光六年（前129年），劉徹首次下達算緡令，但隻是對有市籍的商人收運輸車稅，十年後再次下算緡令則是針對全體商人、手工業者，一律按資產征收財產稅。經商及高利貸資本2000緡錢收一算（120錢一算），手工業者減半；商人一車收二算，普通人減半；船五丈以上收一算。采取財產自報，但很多商人、手工業者都隱瞞不報或少報，於是劉徹鼓勵告緡，命楊可主持，一旦被舉報隱匿財產，就罰戍邊一年，沒收財產，並將其中一半賞給舉報者，於是告緡之風盛行，官府又往往從嚴處置，導致“商賈中家以上大率破”，朝廷收入隨之大大增加。元鼎四年（前113年），劉徹對新秦中（河套地區）邊防狀況不滿，殺了北地太守以下官員，並鼓勵民眾去新秦中畜牧，換取免於告緡的特權；元封元年（前110年），劉徹又命令能給甘泉倉捐獻粟米者就可以終身免役並免於告緡，於是民眾紛紛捐獻粟米，使“民不益賦而天下用饒”。
3鹽鐵酒官營
元狩四年（前119年），劉徹宣布鹽鐵官營，以鹽官、鐵官來管理，禁止民眾私自鑄鐵煮鹽，違者在左腳加釱。鹽官的主要作用是組織生產鹽務並轉運及收取鹽的專賣稅，鐵器則從製造到銷售都是官營，由此極大增加了朝廷的收入。此外，鐵器官營官銷還延緩了鐵兵器的外傳，保證了漢軍的武器優勢。但另一方麵，官方壟斷的鑄鐵業產生出的很多鐵器性價比很低，在一定程度上降低了生產力。
天漢三年（前98年），為了補充軍費，劉徹聽從少府的建議，榷酒酤，禁民釀酒，由官府專賣。
4均輸平準
元鼎二年（前115年），劉徹根據大農令孔僅和大農丞桑弘羊的建議，在中央主管國家財政的大司農之下設立均輸官，把應由各地輸京的物品轉運至各處販賣，從而增加朝廷收入，抑製商人壟斷市場，穩定物價。元封元年（前110年）又在京師長安設平準官 , 利用均輸官所存物資，根據物價，貴時拋售，賤時收購。實行均輸和平準使得朝廷所掌握的物資大大增加，平抑了市場的物價，打擊富商大賈囤積居奇，壟斷市場的行為。但由於用人不當，一些負責均輸、平準的官吏與商人勾結，反而導致物價上漲。
5賣官鬻爵
劉徹在位時，賣官現象已較為普遍，多次頒布“入物補官”、“入羊為郎”等詔令。
劉徹在位期間，主要是大規模對外戰爭、大興土木工程和劉徹本人的揮霍無度，引發財政危機，前代主要以錢來計價，劉徹時期開始出現以黃金作為計量單位。劉徹在位時期的賣官鬻爵直接導致了吏治的破壞，是漢代賣官鬻爵史上的轉折點。賣官鬻爵必將導致吏治腐敗，劉徹實現了這種從量變到質變的轉換過程。
由於劉徹在位期間的巨額財政支出，賣爵所得收入不足以維係開支，故劉徹開始賣官，多次頒布“入物補官”、“入羊為郎”的詔令。劉徹在位時期是整個兩漢時期頒布賣官鬻爵詔令最多的一個時期。
劉徹剛繼位就表現出崇儒的意向，他在建元元年十月（前141年）第一次舉賢良文學時所進的學“申、商、韓非、蘇秦、張儀之言”者都不錄用，同時以安車蒲輪、束帛加璧征召魯詩學和春秋穀梁學大儒申公，讓申公師徒商議明堂等禮製，但不久就受挫於崇尚黃老之學的竇太後。
建元五年（前136年），劉徹設置五經博士，重申尊崇儒術。元光元年（前134年），劉徹第二次舉賢良文學，丞相田蚡“黜黃老、刑名百家之言”，錄取數百名儒者，後來儒生公孫弘又做了丞相，引領天下學子競相習儒。在尊儒的過程中，劉徹又最為重視公孫弘、董仲舒等所代表的春秋公羊學，並讓太子劉據學習《春秋公羊傳》。
當時，董仲舒提出“諸不在六藝之科、孔子之術者，皆絕其道，勿使並進”，不過劉徹並未真正采納，而是采取了“博開藝能之路，悉延百端之學”的方針，也就是將儒學提升為官方意識形態的同時，也保留了諸子百家之學。在治國實踐過程中，法家思想受到重視，與儒家思想糅雜並用，從而形成了一套“霸王道雜之”的“漢家製度”，被後人歸納為“陽儒陰法”“外儒內法”，影響了此後兩千年的中國社會。
劉徹在位時，中國曆史上首次由政府下令在全國範圍內征集圖書。劉徹感慨書籍缺失，於是建藏書之策，置寫書之官，廣開獻書之路，命令諸子百家之書都收入秘府，經過百年的努力，終於使“書積如丘山”，保存了大量古代寶貴文獻。當時政府藏書處所有太常、太史、博士之藏，皇宮有延閣、廣內、秘室之府。這是中國曆史上第一次明確記載的國家圖書館。
元朔五年（前124年），丞相公孫弘建議設置博士弟子50人，跟隨五經博士學習儒家經典，他們學習的地方就是太學。這些博士弟子畢業後往往入朝為官，從此朝廷百官“彬彬多文學之士”。此外，劉徹還命令天下郡國皆立學校官，一如文翁在蜀郡所立學官。
設立樂府
劉徹在位時，在掌管雅樂的大樂官之外創立樂府於上林苑，掌管俗樂，負責收集民間的歌謠。主持樂府事務的“協律都尉”由著名音樂家李延年擔任，司馬相如等參與其中，同時製定了樂府收集民歌的“采詩夜誦”製度。為了記錄民歌，樂府使用一種叫作“聲曲折”的記譜法，可以把民歌的曲調記錄下來。在《樂府詩集》中記錄了吳、楚、燕、齊、鄭等各地詩歌，使各地民歌得到了一定程度的收集整理。樂府的設立對中國詩歌的發展做出了不可磨滅的貢獻。
軍製改革
劉徹在位時，為了強化京師長安的安保，在既有的南軍、北軍之外設立期門軍、羽林軍，專募強健勇武子弟為兵，又設置八校尉（中壘、屯騎、步兵、越騎、長水、射聲、虎賁、胡騎），其中中壘校尉隸屬於北軍。
征伐四方
劉徹即位後，一改之前的防禦性國防政策，出擊周邊四夷，對外戰爭貫穿其在位大部分時間，對匈奴、閩越、東越、南越、朝鮮、西南夷、西羌、車師、樓蘭、大宛等國家或民族發動了至少二十八場戰爭，滅南越、閩越、東越、朝鮮等，降伏車師、樓蘭、大宛、西羌、西南夷等，大大降低了匈奴對漢朝的威脅。劉徹一係列戰爭“所辟疆土，視高、惠、文、景時幾至一倍”，使中國“千萬年皆食其利”。
移民實邊：劉徹延續文帝以來的移民實邊政策。在元朔二年（前127年）招募十萬民眾充實朔方“新秦中”地區，元狩三年（前120年），關東水災，民多饑乏，移民七十餘萬於關西，並充實朔方、隴西、北地、西河、上郡等邊郡，此外也有遷徙會稽郡的。對於西南邊陲，也有“募豪民田南夷”的措施。
軍事屯田：元狩四年（前119年），漢發動漠北戰役，對匈奴王庭縱深進行打擊，匈奴受到重創，單於險些被俘。此後匈奴實力大損，無力大舉南侵。劉徹利用戰略空窗期，命令從朔方到令居通水渠、置田地，動員官吏士卒五六萬人屯田，其後更動員六十萬士卒屯田於上郡、朔方、西河以及河西四郡，從而在一定程度上解決了邊軍的供應問題，開啟軍事屯田之先河。伐大宛後，又各安排數百士卒屯田於輪台、渠犁，設置使者、校尉以管轄，一方麵保持漢朝在西域的影響力，另一方麵接濟出使西域的漢使。不過到了征和四年（前89年），桑弘羊等請求在輪台屯田，劉徹下《輪台詔》，否決其議，暫時撤去西域屯田。
興建長城：自元鼎六年（前111年）至天漢元年（前100年），劉徹又先後組織了七次大規模修築邊塞的行動，興建起了長達2000公裏左右的新的長城，使長城向西延伸到玉門關。
設部都尉：對於各邊郡，劉徹在原有的都尉之外設立若幹部都尉，以強化邊防。
漢初為了休養生息，對匈奴采取守勢，實行和親政策，互通關市。劉徹即位後，對匈奴表麵上維持既定政策，甚至還提供匈奴更多物資，以麻痹匈奴人，而暗中則積蓄力量，以“滅胡”為目標，同時派張騫出使西域，試圖與匈奴世仇大月氏結成軍事同盟。張騫途中被匈奴扣押，最終沒有實現這個計劃。
建元六年（前135年），匈奴又派人來漢朝要求和親，朝中分為大行令王恢為首的主戰派和禦史大夫韓安國為首的主和派，經過一番爭論，劉徹采納了主和派的主張，準備再韜光養晦一段時間。到了元光二年（前133年），王恢根據商人聶壹的建議，向劉徹提出了馬邑之謀，試圖利誘匈奴軍臣單於入境，在馬邑穀中設伏滅之。劉徹批準，但該計劃因行動不周而沒有成功，王恢下獄自殺。此後匈奴斷絕了與漢朝的和親，更加頻繁地入侵漢朝邊塞。不過匈奴仍然依賴漢朝物資，所以關市仍然維持。
元光六年（前129年），衛青等四將在關市伏擊匈奴人，揭開了漢匈全麵大戰的序幕。到元朔二年（前127年）取得初步戰果，即收複了河套地區，在此築朔方城，不過另一方麵也放棄上穀郡北麵的造陽之地九百裏。元狩二年（前121年），經過霍去病的打擊，匈奴渾邪王四萬餘眾降漢，原屬匈奴右地的河西走廊被漢朝控製，後來漢朝在此設置四郡，列置亭障，成為進軍西域的前哨，而匈奴的力量因此被極大削弱，乃至有“亡我祁連山，使我六畜不蕃息；失我焉支山，使我婦女無顏色”的悲歌。
元狩四年（前119年），漢朝動員數十萬軍隊深入漠北，展開對匈奴的最大打擊，衛青追擊至闐顏山趙信城，伊稚斜單於險些被俘；霍去病則大破左賢王，封狼居胥山。從此單於庭從代郡、雲中塞外遠遷漠北，對漢朝腹心地區的威脅基本解除。但漢朝也付出了相當的代價，死亡數萬人、損失戰馬十餘萬匹，再加上霍去病不久去世，因此漢朝也暫停了對匈奴的打擊，隻是強化對新秦中（河套）地區的戍守，雙方開始進入相持階段。
伊稚斜單於逃跑後，一麵養精蓄銳，一麵聽從趙信的緩兵之計，派人向漢朝卑辭求和，請求恢複和親。但此時漢朝已居於戰略優勢，不再滿足像之前那樣和親，而是要求匈奴臣服於漢，匈奴不從，扣押漢使任敞。烏維單於即位後，劉徹為了迫使匈奴臣服，派公孫賀、趙破奴出塞北伐，但未見匈奴一人。元封元年（前110年），劉徹親率十二部十八萬騎巡邊出塞，登臨單於台，“旌旗徑千餘裏，威震匈奴”，並派郭吉傳達他的旨意，要求匈奴要麽來戰、要麽稱臣，烏維單於扣押郭吉，流放北海，仍繼續養精蓄銳，不與漢朝交鋒。
其後匈奴又多次遣使懇求恢複和親，劉徹派熟悉胡俗的王烏出使匈奴，提出了匈奴送太子為人質的條件，烏維單於佯裝接受，但遲遲不送來太子；後來又揚言要入朝見劉徹，當麵約為兄弟，劉徹乃在長安修單於邸，準備迎接單於入朝。然而不久烏維借口匈奴使臣死在漢朝，扣押漢使路充國，又派小規模部隊侵犯邊塞，漢匈交涉破裂。到了烏師廬單於（兒單於）時期，漢匈關係更加緊張，互相扣使者達十多批。
太初元年（前104年），匈奴左大都尉欲弑殺兒單於，約降於漢，劉徹命公孫敖在塞外修受降城以待之。翌年，劉徹認為受降城還是離單於庭太遠，便派趙破奴領兵二萬騎出擊，行至朔方西北二千餘裏之浚稽山，左大都尉敗露被殺，兒單於派兵追擊趙破奴，最終在受降城外四百裏圍殲漢軍，不過在進一步攻擊受降城時，兒單於病死。從此漢匈戰端再開。
漢匈在西域亦展開競爭，李廣利伐大宛時，匈奴欲阻攔，未果。大宛平定後，劉徹於太初四年（前101年）下征匈奴詔，立誓要報劉邦平城之圍、呂後受辱之恥。且鞮侯單於新立，地位不穩，便對漢示好，釋放路充國等人，劉徹亦派蘇武護送扣押漢朝的匈奴使者出使匈奴，並攜帶大量禮物，但單於桀驁不馴，蘇武亦因其副使張勝卷入一場未遂的反單於政變中而被扣押並流放北海，剛有所好轉的漢匈關係再次轉入惡化。
劉徹遂於天漢二、四年及征和三年（前99、97、90年）發兵出擊匈奴，均失利，李陵、李廣利先後兵敗投降。劉徹雖然解除了匈奴對漢朝腹心的威脅，但最終未能得到匈奴的臣服，直到他死後三十多年的漢宣帝甘露年間，匈奴終於臣服於漢朝。
劉徹即位以前，西域本來是匈奴的勢力範圍，匈奴設置僮仆都尉來監管西域諸國。劉徹開始積極經營西域，斷匈奴之右臂，同時達到“廣地萬裏，重九譯，致殊俗，威德遍於四海”的目標。經過張騫的兩次出使以及河西走廊歸屬漢朝，劉徹在元封以後展開了對西域諸國的外交和軍事攻勢，其舉措主要有：
拉攏西域中較大的國家烏孫，起初欲說服其東徙，沒有成功；其後又相繼下嫁細君公主與解憂公主，與之結成聯姻關係，“以分匈奴西方之援國”。
對西域諸國采取經濟利誘，一麵派使“以賂遺設利朝也”，即通過財物來讓西域諸國入朝，一麵對西域使節誇耀漢朝富強，每次劉徹巡行東海，都會帶著西域使者，厚賞財帛，設角抵、奇戲及酒池肉林，讓他們觀看府庫積累，西域使者往往被漢朝的廣大強盛所震撼，漢朝也獲得了葡萄、苜蓿等西域特產。
對於親匈奴或反漢的國家，則予以軍事打擊，武力平定了車師（姑師）、樓蘭、輪台（侖頭）、鬱成、大宛等國，尤其是在李廣利三年苦戰平定大宛以後，大宛以東諸國“皆使其子弟從軍入獻”，朝見天子，留作人質。
通過劉徹的一係列舉措，漢朝初步確立了對蔥嶺以東的西域地區的影響力和控製權。到漢宣帝神爵二年（前60年）設西域都護，使蔥嶺以東的西域地區最終納入漢朝版圖。
對於浙江南部、福建的東甌、閩越，劉徹采取內遷政策，將東甌人主要安置於今江西省，東甌王改封為彭澤王，又有一支南遷到今吉安市；而閩越遷到江南的無錫、廬山附近、江淮之間、淮北地區、漢水流域、黃河口等地，比較分散。
對於今越南中北部的交趾、九真地區的駱越（雒越），劉徹則因俗而治，繼續賦予當地酋長“雒將”以自治權。
建元六年（前135年），劉徹聽取的唐蒙的建議，開始經略西南夷。起初采取“厚賂”政策，派唐蒙、司馬相如等深入西南夷，以物質利誘西南夷酋長同意漢朝在當地“置吏”，遂開犍為郡。元朔三年（前126年），由於劉徹集中精力對付匈奴，所以暫停對西南夷的經略。元狩元年（前122年），劉徹從張騫那裏得知西南夷可以通往身毒國（今印度），就派使臣數批使團出使西南夷，為當地昆明夷所阻。
元鼎六年（前111年）滅南越後，劉徹正式開始對西南夷用兵，武力討伐不服從漢朝的酋長，經過郭昌等數年用兵，陸續消滅且蘭、邛都、莋都、勞深、靡莫等反漢部落；迫使夜郎、冉駹、滇等內附，漢朝冊封其君長為王侯，並分其地為六郡。在平定西南夷的同時，劉徹采取移民實邊、開通道路等政策，加強了西南夷與內地的經濟、文化聯係，使西南夷逐漸形成了以南中大姓為中心的社會。
劉徹在位時，開疆拓土，設立不少新的郡縣，在河南地設三郡（朔方、五原、西河）、嶺南設九郡（南海、蒼梧、鬱林、合浦、交趾、九真、日南、珠崖、儋耳）、朝鮮設四郡（樂浪、真番、臨屯、玄菟）、河西設四郡（酒泉、武威、張掖、敦煌）、西南夷設七郡（犍為、牂牁、越巂、武都、汶山、沈黎、益州），這些新開拓的郡是為“初郡”，漢朝一方麵任命太守、都尉加以管轄，另一方麵保留當地民族的自治權，授其首領為王侯。另外在隴西、北地、上郡、朔方、雲中五邊郡設五屬國，管理匈奴降人；設護羌校尉、護烏桓校尉分別管理羌人和烏桓人。
劉徹在位時，於建元三年（前138年）和元狩四年（前119年）兩次命張騫出使西域，雖然未能達到聯合大月氏的戰略目的，卻聯絡了烏孫、大宛、康居、大月氏、大夏、安息、身毒、於闐、扜彌等國，使絲綢之路逐漸暢通。此後不少人爭相請求出使，劉徹都予以批準，一年之中甚至多至十餘批使團。由於道路遙遠，漢朝使團“常乏食，死者過半”，另一方麵由於匈奴對西域猶有影響力，漢使必須給西域小國幣帛才能得到食物，更有甚者“禁其食物以苦漢使”，使“漢使乏絕積怨，至相攻擊”。李廣利平定殺害漢使的大宛以後，漢使在西域絲綢之路的待遇才大為改善。此後劉徹又派了十多批使團出使大宛以西各國，求奇珍異寶，並宣揚平定大宛之威德。
張騫第一次出使西域之際，曾在大夏看到漢朝蜀地特產蜀布和邛竹杖，發現了一條經由身毒和西南夷的與蜀地相通的商貿道路，是為南方絲綢之路。劉徹得知後，命王然於、柏始昌、呂越人等出使身毒，但被西南夷中的昆明夷所阻，未能到達身毒。元狩三年（前120年），劉徹在長安開鑿昆明池，以備在滇池作戰。昆明雖然後來被漢朝擊潰，但仍不斷作亂、阻礙使者，使劉徹未能打通南方絲綢之路。
劉徹平定南越以後，海上絲綢之路亦納入漢朝視野，都元國、邑盧沒國、諶離國、夫甘都盧國、黃支國等東南亞、南亞國家都通過海上絲綢之路與漢朝往來。
曆史評價：
司馬遷：漢興五世，隆在建元，外攘夷狄，內修法度，封禪，改正朔，易服色。
董仲舒：今陛下貴為天子，富有四海，居得致之位，操可致之勢，又有能致之資，行高而恩厚，知明而意美，愛民而好士，可謂誼主矣。然而天地未應而美祥莫至者，何也？凡以教化不立而萬民不正也。
劉詢：孝武皇帝躬履仁義，選明將，討不服，匈奴遠遁，平氐、羌、昆明、南越，百蠻鄉風，款塞來享；建太學，修郊祀，定正朔，協音律；封泰山，塞宣房，符瑞應，寶鼎出，白麟獲。功德茂盛，不能盡宣。