汉武帝打算再次派遣杨仆率军攻打馀善，但鉴于他此前攻打南越时有功，担心他心生骄傲，便写信责备他说：“将军的功劳，不过是先攻破石门、寻峡，又没有斩杀敌将、拔取敌旗的实际战绩，怎么能够骄傲呢！从前攻破番禺时，你把招降的人当作俘虏，挖掘死者的财物当作战果，这是第一过；使建德、吕嘉得以向东越求援，这是第二过；士兵长期在外征战受苦，将军却不体恤他们的辛劳，反而请求乘坐驿车巡视边塞，趁机回家，身佩银印、金印，垂挂三组印绶，在乡里炫耀，这是第三过；你延误军期却心系私事，以道路难行为借口，这是第四过；朕问你蜀刀的价格，你却假装不知道，心怀欺诈来冒犯君主，这是第五过。你接受诏书后不到兰池复命，第二天也不解释原因。假如是将军的属官，询问时不回答，命令时不服从，该当何罪？推究这种心态在朝外行事，江海之间的军务还能让人信任吗？如今东越军队深入境内，将军能够率军攻其不备吗？” 杨仆惶恐地回复说：“我愿意以死赎罪！” 于是，汉武帝派遣横海将军韩说从句章出发，渡海从东方进军；楼船将军杨仆从武林出发，中尉王温舒从梅岭出发，任命越侯为戈船将军、下濑将军，从若邪、白沙出发，进攻东越。
博望侯张骞因为打通汉朝和西域的道路被封侯以后，跟随他的属吏和士卒就争相向朝廷上书，谈论外国的奇闻、利弊，纷纷请求出使。汉武帝认为西域道路极其遥远，不是常人愿意前往的地方，便采纳了他们的建议，给他们授予了符节，随后开始招募官吏和百姓，也不追问他们的出身是哪里，为他们配备好人员后就派遣他们出使，以开辟更多通往西域的道路。这些使者返回后，不少人有侵吞盗窃财物及违背使命的行为，汉武帝因为这是常见的现象，总是审讯后判以重罪，借此激怒他们，让他们以财物赎罪，然后再次寻求出使机会。这样一来，出使的事端层出不穷，而人们也开始轻视法律。而那些吏卒总是极力夸大外国的富庶特产，说大话的人被授予正使符节，说话不那么夸张的人则担任副使，因此，那些虚妄不实、品行不端的人都争相效仿。这些使者大多是贫穷人家的子弟，他们私自挪用官府的财物，想通过低价交易来谋取私利。而西域各国也对汉使的这种行为感到十分厌烦，因此各国的商人在言语中多有轻重不一的傲慢之意，他们估计汉兵路途遥远难以到达，就禁止供应食物来刁难汉使。汉使能够使用的物资就匮乏到了极点，积怨之下甚至互相攻击。而楼兰、车师等小国地处交通要道，便频繁地袭击汉使王恢等人，而匈奴的骑兵也时常拦截攻击汉使。使者们为了自己的安全，就争相向朝廷报告说西域各国都有城邑，而且兵力薄弱，很容易攻打。听了这些使者的报告，汉武帝就派遣浮沮将军公孙贺率领一万五千骑兵，从九原郡出发，行军二千余里，到达浮沮井后返回；派遣匈河将军赵破奴率领一万余骑兵，从令居出发，行军数千里，到达匈河水后返回。这种举动就是为了驱逐匈奴，让他们不能在拦截汉使，但是两路大军都没有遇见一个匈奴人。于是，朝廷从武威郡、酒泉郡分出土地，设置了张掖郡、敦煌郡，并迁徙百姓充实这些地区。
这一年，齐相卜式担任御史大夫的职位。卜式在位时，向武帝进言称：各郡国多认为官府垄断盐铁生产有诸多弊端，官营的盐铁质量差、价格高，有的地方还强行要求百姓购买。此外，船只征收算赋，导致商人减少，物价上涨。 汉武帝因此对卜式心生不满。
司马相如病的快死的时候，给武帝留了一封遗书，他称颂汉朝的功德，谈及符瑞征兆，就劝汉武帝封禅泰山。汉武帝也被他的言论感动了，恰逢此时获得了宝鼎，武帝就和公卿以及众儒生商议封禅的事。因为封禅的礼仪已经废弛了很久，世人也无人知晓具体仪式，众方士便进言说：封禅之举契合长生不死的美名，黄帝以前的帝王封禅，都能招致神怪异兽，与神灵相通，秦始皇就没能顺利登上泰山封禅。陛下若一定要登上泰山，只要缓缓而上，就不会遇到风雨，便可顺利完成封禅。 汉武帝于是命令众儒生采集《尚书》《周官》《王制》中的文字，草拟封禅礼仪，但很多年都未能完成。对此汉武帝就询问左内史儿宽，儿宽说：在泰山筑坛祭天，在梁父山辟场祭地，彰显姓氏，考求祥瑞，这是帝王的盛大典礼；然而献祭的礼仪，经典中并未详细记载。臣认为，封禅是为了宣告大功告成，与天地神灵共享福祉，唯有圣明君主才能确定其恰当的方式，这并非群臣所能列举完备。如今即将举行如此盛大的典礼，却拖延了数年，让群臣各抒己见，最终还是未能定案。希望天子建立中和的准则，总揽各种条例，像金钟玉磬那样振扬礼法，以顺应上天的福佑，奠定万世基业。”汉武帝于是自行制定封禅礼仪，又略微采用儒家学说加以修饰。汉武帝制作了封禅用的祭器，展示给众儒生看，有人说 “与古代不同”，于是汉武帝将众儒生全部罢免，不再任用。汉武帝又认为古代帝王封禅前，必先整顿军队、遣散士卒，然后才能举行封禅大典。
公元前110年，冬天十月，朝廷下诏说：如今南越、东瓯的叛乱分子都已认罪伏法；而西蛮、北夷地区还没有完全臣服；朕决定亲自前去巡视边境，向他们展示我大汉的军威，朕还要手持符节，调集十二路将军，率领大军从云阳出发，一路北上，经过上郡、西河、五原，穿越长城，登上单于台，抵达朔方郡，在黄河以北集结十八万骑兵，让旌旗绵延千里，造出浩大的声势，以此来震慑匈奴。先前南越王造反，脑袋已经挂在长安城门上了！如今单于要是敢打，朕亲自在边境等着你；要是不敢打，就乖乖的投降汉朝，何必躲到北方的荒漠地区喝西北风呢？单于听了就很愤怒，当场就杀了接待他的官员，但没敢杀郭吉，只是把他流放到了北海。不过，匈奴终究不敢应战，汉武帝见威慑成功，便撤军返回。在回程途中，他祭拜了黄帝陵，并问随行的方士公孙卿：我听说黄帝成仙不死，怎么这儿还有他的陵墓？公孙卿说黄帝升天后，臣子们十分的思念他，就把他的衣冠埋在这里作纪念。汉武帝听完笑了笑说到：要是以后我也成仙了，你们是不是也得在东陵给我修个衣冠冢？说完，他就返回甘泉宫，举行祭天大典。
而汉武帝因为卜式不学习文章，就把他贬为了太子太傅，让儿宽做御史大夫。?
汉兵长驱直入，如入无人之境，迅速进入东越境内。东越一直以来都擅长调兵遣将，据守险要之地，这次也毫不例外。他们派遣徇北将军率领大军驻守在武林，企图凭借天险抵御汉军的进攻。然而，楼船将军麾下的钱塘辕终古却勇猛无畏，他率领着精锐部队，如疾风骤雨般杀向武林。经过一场惊心动魄的激战，终古以其卓越的军事才能和无畏的勇气，成功地斩杀了徇北将军，一举击溃了东越的防线。与此同时，故越衍侯吴阳也趁机率领他的邑中七百人，对越军发起了反攻。他们在汉阳与越军展开了一场激烈的厮杀，最终成功地击败了越军，为汉军的胜利立下了汗马功劳。越建成侯敖眼见大势已去，在和繇王居股商议后，决定斩杀馀善，率领部众投降汉军。汉武帝得知这个消息后，龙颜大悦，对这些降将们进行了封赏。终古因战功卓着，被封为御儿侯；吴阳因反攻有功，被封为卯石侯；居股因果断斩杀馀善，被封为东成侯；敖也因率众投降，被封为开陵侯。此外，横海将军韩说和横海校尉福也因在这场战役中的出色表现，分别被封为按道侯和缭嫈侯。就连东越的降将多军，也因其投降之功，被封为无锡侯。
然而，汉武帝并没有因此而掉以轻心。他深知闽地地势险峻，民风彪悍，容易反复无常，若不加以妥善处理，恐将成为后世的一大祸患。于是，他果断地下达诏令，命令诸将将东越的百姓全部迁徙到江、淮之间，以绝后患。这样一来，闽地便被彻底清空，成为了一片荒芜之地。
到了春天，阳光明媚，春暖花开。汉武帝兴致勃勃地率领群臣前往缑氏，举行盛大的祭祀仪式，以礼祭中岳太室。当他站在山脚下时，突然听到一阵隐隐约约的呼喊声，仿佛有三次“万岁”的声音在山间回荡。这奇异的现象让汉武帝和他的随从们都大为惊讶，众人皆认为这是上天对汉武帝的眷顾和祝福，汉武帝对此深感欣喜，他当即诏令祠官增加太室祠的规模，并下令禁止砍伐太室山的草木，同时将山下的三百户人家划定为太室祠的奉邑，以表达对神灵的敬意和感激之情。?
汉武帝听闻海上有神仙居住，于是决定东巡海上，亲自前往祭祀八神。这一消息传开后，齐地的人们纷纷上书，向皇帝讲述各种神怪之事和奇异的药方，数量多达数万。汉武帝对这些说法颇感兴趣，为了更深入地探索海上的神秘世界，他增发了大量的船只，并命令那些声称知道海中神山位置的数千人一同出海，去寻找传说中的蓬莱神人。在这支庞大的探险队伍中，公孙卿手持符节，常常先行一步，探寻名山。当他抵达东莱时，突然向汉武帝报告说：我在夜里见到了一个身材巨大的人，高达数丈，可是当我靠近时，他却突然消失不见了。不过，我发现了他留下的巨大脚印，形状很像禽兽的足迹。汉武帝听闻此事后，心中半信半疑。然而，没过多久，群臣中又有人报告说：我们见到了一个老父亲牵着一只狗，他说‘我想见巨公’，可转眼间就不见了踪影。这接连不断的奇闻让汉武帝对神仙的存在越发深信不疑。他亲眼见到了那巨大的脚印，虽然心中仍有疑虑，但当群臣再次提到那位神秘的老父时，他终于完全相信了仙人的存在。于是，汉武帝决定在海上停留一段时间，与方士们一同乘坐传车，频繁派遣使者去寻找神仙。参与此次行动的人数多达数千人，他们怀着对神秘世界的向往和对长生不老的渴望，踏上了这场充满未知的冒险之旅。
一直到夏天四月，武帝才从海上返回，到达奉高后，汉武帝在梁父山举行了祭祀地主的仪式。他命令侍中儒者们头戴皮弁，身着搢绅，举行射牛的仪式，然后在泰山下的东方进行封禅，其礼仪与在郊外祭祀泰一神相同。所封之处宽一丈二尺，高九尺，其下方放置着玉牒书，书中的内容是保密的。封禅仪式结束后，汉武帝独自与侍中、奉车都尉霍子侯登上泰山，同样也进行了封禅，这些事情都是被禁止外传的。第二天，汉武帝从泰山的北面下山。在泰山脚下的东北方向，有一座肃然山，汉武帝在这里举行了禅礼，其礼仪与祭祀后土的仪式相同。汉武帝亲自拜见，这次他身上穿着黄色的衣服，并且全部使用了音乐。在江淮之间，用三脊的茅草作为神的坐垫，用五色土来增加封禅的高度。在封禅祠中，夜晚似乎有光芒出现，白天则有白云从封禅的地方飘出。汉武帝从禅礼返回后，坐在明堂中，群臣依次上前祝寿，歌颂他的功德。汉武帝下诏说：我以渺小之身继承了至尊之位，战战兢兢，惟恐德行浅薄，不懂得礼乐制度，因此祭祀八神，遭遇天地的恩赐，显现出种种景象，仿佛有所听闻，被怪物所震惊，想要停止却又不敢，于是登上泰山进行封禅，一直到梁父山，然后登上祭坛，庄重地自我更新，很高兴能与士大夫们一起重新开始。将十月定为元封元年。汉武帝出行所到之处，包括博县、奉高县、蛇丘县、历城县、梁父县等地，百姓拖欠的田租和赋税，都被免除，不必缴纳今年的算赋。同时，汉武帝还赐予天下百姓每人一级爵位。此外，由于每隔五年就要进行一次巡狩，并且要在泰山举行祭祀活动，因此汉武帝下令让诸侯们各自在泰山脚下修建府邸。汉武帝在泰山封禅之后，天气晴朗，没有风雨。而方士们却纷纷进言说蓬莱的众神似乎即将可以被见到，于是汉武帝满心欢喜地期待着能够遇见神仙，再次向东来到海边眺望。
汉武帝想要亲自乘船出海去寻找蓬莱仙山，群臣纷纷劝谏，但都无法阻止他。这时，东方朔说道：所谓的神仙，其实是自然而然地得到的，不必急于去强求。如果一个人有道，就不用担心得不到；如果一个人无道，即使到了蓬莱见到了仙人，也没有什么益处。我希望陛下还是先回宫安静地等待，仙人自然会到来。汉武帝听了这番话，这才停止了出海的想法。然而，这时奉车都尉霍子侯突然得了重病，一天之内就去世了。霍子侯是霍去病的儿子，汉武帝对他的死感到非常悲痛。于是，汉武帝就离开海边，向北前往碣石，巡视了辽西地区，又经过北方边境，最后到达九原。直到五月份，汉武帝才回到甘泉宫。这次出行，总共绕行了一万八千里。
在这之前，桑弘羊担任治粟都尉一职，并兼任大农令，负责管理天下的盐铁事务。他推行了平准之法，规定远方各地都要按照不同时期商人转运贩卖的物价来征收赋税，并相互转运货物。在京城设置平准机构，统一接受天下的物资运输。大农所属的各个官府，都要搜罗天下的货物，物价上涨时就出售，物价下跌时就购进，目的就是让那些富商大贾无法从中牟取暴利，从而使各种物价都不能随意飞涨。到了这个时候，汉武帝外出巡视郡县，所经过的地方都要进行赏赐，耗费的帛多达一百多万匹，金钱数以亿计，这些费用都取自大农。桑弘羊又请求允许官吏缴纳粮食来补充官职空缺以及让罪犯用粮食赎罪。这样一来，崤山以东地区每年漕运的粮食就增加到了六百万石，一年之中，太仓和甘泉仓都装满了粮食，边境地区也有了剩余的谷物，各种物资的均输也很顺畅，帛达到了五百万匹，百姓没有增加赋税，但国家的开支却很充裕。于是，汉武帝赏赐桑弘羊爵位为左庶长，黄金二百斤。?
这当时天下发生了轻微的旱灾，汉武帝于是命令官员们去祈求降雨。卜式说道：县官本应依靠征收租税和穿衣吃饭，如今桑弘羊却让官吏们坐在市场上的店铺里，贩卖货物以谋取利益，如果将桑弘羊烹杀，上天就会降雨了。到了秋天，有彗星出现在东井星附近，过了十几天，又有彗星出现在三台星附近。望气王朔说：我观测到只有填星出现时像瓜一样大，一顿饭的工夫，就又消失了，有关官员们都说：陛下建立了汉朝的封禅大典，上天大概是用德星来回报陛下吧。