漢武帝即位初，一方面政治形勢比較穩定，國家經濟狀況也比較好，另一方面諸侯王國的分裂因素依然存在，邊境匈奴襲擾不斷，而封建統治思想尚待確立。經濟上採納桑弘羊的主張，由**直接經營運輸和貿易；軍事上任用衛青、霍去病爲大將，解除了匈奴的威脅，統一今兩廣一帶，推動了經濟文化的發展。
爲加強中央集權，武帝接受主父偃的建議，頒佈推恩令，即允許諸王將自自己的土地分給子弟，建立較小的諸侯國。內容主要是：諸侯王的王位除了由嫡長子繼承以外，還可以用“推恩”（也就是廣佈恩惠，讓更多的人來享受特權）的形式把其他的兒子在本侯國內分封。新的侯國就脫離原來王國的限制，地域獨立，而且政治權力也基本被剝奪，受當地郡縣官吏的管轄。這樣，就使原來獨立的地方王國自動地將權力上交給了國家。此後，地方的王與侯僅僅享受物質上的特權，即享用自己封地的租稅。但是沒有了以前的政治特權。
漢武帝是中國歷史上第一位使用年號的皇帝，公元前113年漢武帝以當年爲元鼎四年，並追改以前爲建元、元光、元朔、元狩，每一年號六年。
爲了進一步加強君主權力，漢武帝用派御史的方式對地方的豪強、官吏進行監督。元封五年（前106年），將全國分成了十三個監察區，每個區叫做部，每部派出一名刺史，中央的刺史叫做司隸校尉，其他十二個州都叫刺史。
刺史的地位在當時是相當高的，相當於欽差大臣，而且是常年的，在地方還有自己的辦公地點。就“刺史”名字本身來說，其實它已經具備了這種特點。“刺”是刺舉，也就是偵視不法，“史”是指皇帝派出的使者。
漢武帝時任用官吏是多元化的。漢武帝舉賢良方正直言極諫之士對策，武帝親自策問，選拔人材做官。元朔五年（前124年）爲五經博士置弟子五十人，復其身；地方郡國可按一定條件選送一些人，可受業如弟子。經考試，能通一藝以上，可用作官吏。二千石以上官吏可通過任子制度使子孫當官；有錢人可通過“貲選”當官，如司馬相如；先賢的後裔可以受照顧，如賈誼的兩個兒子就被關照當了郡守。然而，尤爲突出的是武帝用人惟纔是舉、不拘一格。如皇后衛子夫是從奴婢中選拔出來的。衛青、霍去病分別是從奴僕和奴產子中選拔出來的。而丞相公孫弘、御史大夫兒寬，以及嚴助、朱買臣等人都是從貧苦平民中選拔上來的；御史大夫張湯、杜周和廷尉趙禹則是從小吏中選拔出來的。尤其值得注意的是漢武帝任用的一些將軍是越人、匈奴人。而金日磾（mìdī）這樣一位匈奴的俘虜在宮中養馬的奴隸，竟然與霍光、上官桀一齊被選拔爲託孤的重臣。這些情況說明漢武帝選拔人才是不受階級出身與民族差別限制的。
漢武帝用人標準是惟纔是舉，其在位期間曾於元光元年及元封五年兩次頒佈求賢詔。“博開藝能之路，悉延百端之學”，“州郡察吏民有茂材異者，可爲將相及使絕國者”。意思是隻要願爲漢朝事業奮鬥，有藝能、有才幹的人，能爲將相和可以出使遙遠國度的人都可任用。正因如此，漢武帝時人才濟濟。班固就驚歎地說：“漢之得人，於此爲盛！
西漢自漢武帝時期開始，國力強盛，大破匈奴，遠征大宛，降服西域，收復南越，吞併朝鮮，設置西域使者校尉正式將西域納入中華版圖，一說漢宣帝設置西域都護才正式將西域納入版圖，西漢版圖東抵日本海、南吞交趾、西逾蔥嶺、北達陰山，奠定了漢地範圍；漢武帝時期，張騫出使西域，開闢了絲綢之路，第一次將中國的目光投向了世界，漢使到達了大宛、康居、大月氏、大夏、安息、身毒（即印度）、于闐、扜罙、犁軒等諸國，開拓了連接歐亞大陸的絲綢之路。其中最遠到達的犁軒位於埃及亞歷山大港，這是漢朝使節到達的最遠地區，歐亞非的絲綢貿易就此成型。
漢武帝是中國歷史上第一位派大軍深入匈奴腹地進行決戰的皇帝。通過大量移民在西北邊郡屯田，這對反擊匈奴戰爭的勝利、經營西域起了重大作用。李廣利伐大宛後，西域南道諸國多臣服於漢，宣帝神爵二年（前60年），匈奴日逐王降漢，匈奴不敢爭西域，罷僮僕都尉。宣帝任命鄭吉爲西域督護，管理西域南、北道諸國，西域諸國臣服於漢。至此，西邊直達裡海，都成爲了漢朝的疆域。
漢武帝是中國歷史上第一位提出要北方遊牧民族—匈奴臣服於中原王朝的皇帝，爲此又在今內蒙築受降城。從公元前133年至119年，漢武帝派兵和匈奴進行了多次作戰。其中決定性的戰役有三次：河南之戰、河西之戰和漠北之戰。
元光二年（前133年），武帝採納王恢的建議，派遣李廣、公孫賀、王恢、李息、韓安國五將軍，率30萬漢軍，埋伏在馬邑附近。又派聶壹出塞與匈奴交易、誘敵。匈奴軍臣單于發現這是誘兵之計，便立即引兵撤退。漢朝30萬大軍無功而返。
元朔二年（前127年），匈奴貴族以兩萬騎入侵上谷（河北懷來縣）、漁陽。漢武帝採取聲東擊西的策略，派青年將領衛青率3萬騎出雲中（內蒙托克托縣），西至隴西（甘肅東部），收復河套地區，掃除匈奴進犯的軍事據點。衛青採取迂迴進攻的方法，從後路包抄，一舉趕走匈奴的樓煩王和白羊王，解除了長安的威脅。於是，漢武帝在那裡設朔方郡、五原郡，移民10萬屯墾，又重新修了秦代的舊長城，派兵駐守。衛青升爲長平侯。
元朔五年（前124年），衛青率騎兵趕走了匈奴的右賢王，生擒匈奴王子10餘人，凱旋而歸。漢武帝破格提升衛青爲大將軍，成爲全軍的統帥。第二年，在和匈奴的戰鬥中又涌現出一位18歲的將領霍去病。他是衛青的外甥。一次，他一馬當先，率領800騎兵突進匈奴營地幾百裡，取得大勝。[漢武帝據此封他爲冠軍侯，給他造了一座闊氣的房子，讓他去看。霍去病說：“匈奴未滅，無以家爲！”。
元狩二年（前121年）。漢武帝派霍去病出隴西，越過焉支山（甘肅山丹縣東南胭脂山）西進，入匈奴境千餘里，和匈奴軍短兵肉搏，大獲全勝。同年夏天，霍去病第二次西征，越居延澤（內蒙古居延海），攻到祁連山，大破匈奴軍，河西的匈奴貴族損失慘重。同年，匈奴貴族內部分裂，渾邪王率四萬人降漢。這次戰役後，漢在這裡置武威、酒泉、張掖、敦煌四郡，歷史上稱“河西四郡”。從此打開了漢通西域的道路。
元狩四年（前119年）的漠北戰役規模最大。漢武帝派衛青、霍去病率10萬騎兵，幾十萬步兵，分別從定襄郡（內蒙呼和浩特東南）和代郡（河北蔚縣）出發，共擊匈奴單于（匈奴首領）於漠北。衛青北進千餘里渡過大沙漠（戈壁沙漠），直抵闐顏山（蒙古杭愛山脈），殲敵1.9萬餘人。霍去病深入1000多公里，追擊匈奴左賢王兵到狼居胥山（蒙古肯特山），俘敵7.4萬餘人，飲馬瀚海，到達今天的貝加爾湖（俄羅斯）。漠北之戰給匈奴以致命打擊，出現了“匈奴遠遁，漠南無王庭”的局面。從此，匈奴北徙漠北並西遷。漢北自朔方，西至令居（甘肅永登），以60萬吏卒屯田，加強防守。漢武帝取得抗擊匈奴的戰爭的勝利，使國家更加統一，長城內外“馬牛放縱，畜積布野”，爲經濟文化的發展創造了極爲有利的條件。匈奴帝國開始走向衰落。