春天二月，中山靖王刘胜去世。
乐成侯丁义向汉武帝推荐了方士栾大，说栾大和之前被处死的文成将军是同一个师傅。汉武帝正后悔杀了文成将军，见到栾大后非常高兴。栾大以前侍奉过胶东康王，他能说会道，有很多计谋策略，而且敢说大话，说起那些事情来还特别自信。栾大说：“我经常在海上往来，见到过安期生、羡门这些仙人，只是他们觉得我地位低贱，不相信我；又认为康王只是个诸侯，不值得把仙方传授给他。我的师傅说：‘可以炼成黄金，黄河决口也能堵塞，长生不老的药能得到，仙人也可以招来。’但我担心像文成将军那样被处死，那以后方士们就都不敢说话，更不敢谈论仙方了！”汉武帝说：“文成将军是吃了马肝死的。你要是真能掌握那些仙方，我有什么舍不得给你的！”栾大说：“我的师傅不主动求人，只有别人求他。陛下如果一定要招来仙人，就得尊重使者，让他成为皇室亲属，用宾客的礼节对待他，这样才能让他和神人沟通。”于是汉武帝先让栾大展示一些小法术，比如让棋子舞动，棋子真的自己相互碰撞起来。当时，汉武帝正为黄河决口和炼不出黄金发愁，就封栾大为五利将军，又相继封他为天士将军、地士将军、大通将军。夏天四月乙巳日，又封栾大为乐通侯，赐给他食邑两千户，还赏了豪华的住宅，一千个家僮，连皇帝用旧的车马、帷帐、器物都赏赐给他，把卫长公主嫁给他，送了十万斤黄金。汉武帝还亲自到栾大的家里去，派去慰问和供应物品的使者在路上接连不断。从大长公主、将军、丞相以下的官员，都到栾大家里摆酒祝贺，还送给他很多礼物。汉武帝又刻了一枚玉印叫“天道将军”，派使者穿着羽毛做的衣服，夜里站在白茅草上；五利将军栾大也穿着羽毛衣服，站在白茅草上接受玉印，以此表示他不是臣子（而是传达神意的使者）。栾大短短几个月时间，就佩戴了六枚印章，尊贵的程度震动了天下。于是在沿海的燕、齐一带，人人都激动地说自己有神奇的秘方，能招来神仙。
六月，汾阴有个叫锦的巫师在魏脽的后土祠旁边挖到一个大鼎，河东太守把这件事报告给了汉武帝。汉武帝派人调查，发现巫师挖到鼎没有欺诈行为，就用隆重的礼节祭祀，把鼎迎接到甘泉宫，还让它跟着自己出行，进献到宗庙和祭祀上天的地方，最后把鼎收藏在甘泉宫，群臣都向汉武帝祝贺。
秋天，汉武帝封常山宪王的儿子刘商为泗水王。
当初，条侯周亚夫做丞相的时候，赵禹是丞相史，丞相府里的人都称赞赵禹廉洁公平，但周亚夫却不重用他，说：“我知道赵禹没什么私心，但他执法太严厉苛刻，不适合在丞相府这样重要的地方任职。”等到赵禹做了少府，在九卿之中算是执法严酷急躁的；到了晚年，官吏们都追求严厉执法，赵禹却变得宽厚平和起来。
中尉尹齐向来以敢于杀戮而闻名，他做了中尉后，官吏和百姓的日子更加艰难困苦。这一年，尹齐因为不能胜任职务而被判罪。汉武帝就又让王温舒做中尉，赵禹做廷尉。四年后，赵禹因为年老，被贬为燕国的相国。
当时官场的风气是以严酷苛刻的执法为风尚，只有左内史儿宽，鼓励百姓发展农业，减轻刑罚，审理案件时，一心想赢得民心；他选用那些仁厚的人做官，体谅下属，不追求个人名声，官吏和百姓都非常信任和爱戴他。儿宽征收租税的时候，会根据百姓的实际情况决定征收的多少，还借给百姓一些时间，所以租税常常收不上来。后来遇到有军事行动需要征收赋税，左内史因为租税征收不足，考核时排在最后一名，按规定应该被免职；百姓听说儿宽要被免职，都担心失去这么好的官员，大户人家用牛车拉着租税，小户人家挑着担子来交税，路上接连不断，结果儿宽的租税征收考核反而成了第一名。汉武帝从此更加看重儿宽。
当初，南越文王派他的儿子婴齐到长安去做侍卫，婴齐在长安娶了邯郸樛氏的女儿，生下儿子赵兴。南越文王去世后，婴齐继位，就把他父亲南越武帝的印玺藏了起来，上书请求立樛氏为王后，赵兴为继承人。汉朝多次派使者暗示婴齐入朝拜见汉武帝。婴齐喜欢自己决定生杀大事，随心所欲，担心入朝后被要求按照汉朝的法律，和内地诸侯一样，所以坚持说自己有病，始终没有入朝拜见。婴齐去世后，谥号为明王。太子赵兴继位，他的母亲成了太后。
太后在还没有成为婴齐的姬妾时，曾经和霸陵人安国少季有过私情。这一年，汉武帝派安国少季去向南越王和王太后传达让他们入朝，和内地诸侯一样的旨意，让能言善辩的谏大夫终军等人去宣传这些话，勇士魏臣等人辅助处理相关事务，卫尉路博德率领军队驻扎在桂阳等待使者的消息。南越王年轻，太后是中原人；安国少季去了之后，又和太后旧情复燃，南越国人很多都知道这件事，所以大多不拥护太后。太后担心国内发生动乱，也想依靠汉朝的威势，多次劝说南越王和群臣请求归属汉朝；于是借着汉朝使者的机会上书，表示愿意和内地诸侯一样，三年朝见一次，撤销边境关卡。汉武帝答应了他们的请求，赐给南越丞相吕嘉银印，以及内史、中尉、太傅的印信，其他官职可以自己设置；废除南越原有的黥刑和劓刑，采用汉朝的法律，和内地诸侯一样。汉朝的使者都留在南越，安抚那里的百姓。
汉武帝前往雍地，准备祭祀上天，有人说：“五帝是泰一神的辅佐。应该设立泰一神的祭祀，陛下亲自祭祀。”汉武帝对此犹豫不决。齐地的公孙卿说：“今年得到了宝鼎，今年冬天辛巳日初一的早晨是冬至，这和黄帝的时候一样。”公孙卿有一份简札写着：“黄帝得到宝鼎，那年也是己酉日初一早晨是冬至，过了三百八十年，黄帝成仙升天了。”公孙卿通过汉武帝宠爱的人把这些话上奏给了汉武帝。汉武帝非常高兴，召见公孙卿询问，公孙卿回答说：“我是从申公那里得到这份简札的，申公说：‘汉朝兴起后又到了和黄帝时期一样的时刻，汉朝的圣人出现在高祖的孙子或者曾孙一代。宝鼎出现就意味着能和神灵相通，黄帝在明庭接待众多神灵，明庭就是甘泉宫。黄帝开采首山的铜，在荆山下铸鼎，鼎铸成后，有龙垂下胡须来迎接黄帝，黄帝骑上龙，和群臣、后宫七十多人一起升天了。’”于是汉武帝说：“唉！要是真能像黄帝那样，我把抛弃妻子儿女就看得像脱掉鞋子一样容易！”就封公孙卿为郎官，让他到东边的太室山去等候神灵。
元鼎五年（公元前112年 己巳年）
冬天十月，汉武帝到雍地祭祀五帝，接着越过陇山，向西登上了崆峒山。陇西太守因为汉武帝突然到来，仓促之间没准备好，汉武帝的随从官员都没饭吃，陇西太守十分惶恐，就自杀了。随后汉武帝向北出了萧关，带着几万骑兵在新秦中打猎，借此整训边境的军队后才返回。新秦中有些地方方圆千里都没有防御工事和烽火台，于是汉武帝把北地太守及以下的官员都治了罪。之后汉武帝又到了甘泉宫，设立了泰一神的祭祀坛，所用的祭祀器具和雍地祭祀五帝中一个帝的规格一样，但又有所增加。五帝的祭坛环绕在泰一神祭坛品。十一月辛巳日初一，冬至这天，天还没亮，汉武帝开始在郊外祭祀泰一神，早晨向着太阳行朝拜礼，傍晚对着月亮行揖礼。祭祀的时候，坛上摆满了火炬，坛旁边放着烹煮祭品的器具。有关官员说：“祭祀时上面有光芒出现。”又说：“白天有黄色的气一直连到天上。”太史令司马谈、祠官宽舒等人请求让汉武帝每三年到郊外祭祀一次泰一神，汉武帝下诏同意了。
南越王和王太后整理行装，准备了丰厚的礼物，做好了入朝拜见汉武帝的准备。南越国的丞相吕嘉，年纪很大了，先后辅佐过三任南越王，他家族里在南越国担任高级官吏的有七十多人，吕氏家族的男子都娶了南越王的女儿，女子都嫁给了南越王的子弟或宗室成员，而且他和苍梧秦王也有姻亲关系，在南越国内地位非常高，比南越王还得民心。南越王上书请求归属汉朝时，吕嘉多次劝阻南越王，南越王不听他的；吕嘉就有了反叛之心，还多次称病，不见汉朝使者。汉朝使者也都很留意吕嘉，只是形势上还不能杀他。南越王和王太后也担心吕嘉等人先发动叛乱，就想借助汉朝使者的权势，谋划杀掉吕嘉等人，于是摆下酒宴邀请汉朝使者，南越国的大臣们都陪坐饮酒。吕嘉的弟弟是将军，率领士兵守在宫外。酒过几巡后，王太后对吕嘉说：“南越归属汉朝，对国家是有利的；而丞相您却偏偏认为不方便，这是为什么呢？”想以此激怒汉朝使者，可使者们犹豫不决，相互观望，最终没人敢动手。吕嘉发现周围的情况不对，马上起身离席。王太后大怒，想用长矛刺死吕嘉，南越王拦住了太后。吕嘉出去后，依靠他弟弟的军队回到自己的住处，称病不出，不肯见南越王和汉朝使者，还暗中与大臣们谋划叛乱。南越王本来就没有杀吕嘉的意思，吕嘉知道这一点，所以几个月都没有发动叛乱。
汉武帝听说吕嘉不听从命令，南越王和王太后孤立无援、势单力薄无法控制局面，汉朝使者又胆小不敢决断；又认为南越王和王太后已经归附汉朝，只有吕嘉捣乱，觉得不值得为此发兵，就想派庄参带两千人去南越。庄参说：“如果是友好出使，几个人就够了；要是靠武力去，两千人也没什么作用。”他推辞不去，汉武帝就把庄参的任务取消了。郏县的壮士、原来的济北相韩千秋激动地说：“小小的南越国，又有南越王和王太后响应，只是丞相吕嘉在捣乱，我希望能带领三百名勇士，一定把吕嘉的脑袋砍下来带回来。”于是汉武帝派韩千秋和王太后的弟弟樛乐率领两千人前往南越，进入了南越境内。吕嘉等人于是就反叛了，在南越国内下令说：“南越王年轻。王太后是中原人，又和汉朝使者有不正当关系，一心想让南越归属汉朝，还把先王的宝器都拿去献给天子来讨好；她还带很多人去长安，到了长安后，就会把这些人卖为奴仆；她只顾自己一时的利益，根本没有为赵氏的江山社稷、为子孙万代考虑的想法。”吕嘉就和他弟弟率领士兵攻打并杀死了南越王、王太后以及汉朝使者，派人告知苍梧秦王和南越的各个郡县，立明王的长子、南越王和越族妻子所生的术阳侯赵建德为南越王。韩千秋的军队进入南越后，攻破了几个小城邑。之后南越人打开直道给他们提供食物，在距离番禺还有四十里的时候，南越国出兵攻打韩千秋等人，把他们全部消灭了；南越人用木匣装着汉朝使者的符节放在边境上，还说了些花言巧语假意谢罪，同时派兵守住了要害之处。
春天三月壬午日，汉武帝听说南越反叛，说：“韩千秋虽然没有成功，但他是军队中最勇敢的先锋，封他的儿子韩延年为成安侯；樛乐的姐姐是王太后，首先愿意归属汉朝，封樛乐的儿子樛广德为龙亢侯。”
夏天四月，汉武帝大赦天下。
丁丑日是这个月的最后一天，发生了日食。
秋天，汉武帝派遣伏波将军路博德从桂阳出发，顺湟水而下；楼船将军杨仆从豫章出发，顺浈水而下；归义越侯严担任戈船将军，从零陵出发，顺离水而下；甲担任下濑将军，前往苍梧；他们都率领着有罪的人，长江、淮河一带征调的楼船水师有十万人。南越的驰义侯遗另外率领巴、蜀两地的有罪之人，征调夜郎的军队，顺牂柯江而下，各路军队约定在番禺会师。
齐国的丞相卜式上书，表示愿意和儿子以及齐国熟悉水战的人一起去为攻打南越而效力。汉武帝下诏褒奖卜式，赐给他关内侯的爵位，六十斤黄金，十顷田地，并向天下公布这件事；但天下人都没有响应。当时列侯有上百个，却都不想请求从军去攻打南越。正好九月要举行尝酎仪式，祭祀宗庙，列侯们按照规定要献上黄金助祭。少府检查黄金时，发现有些列侯所献黄金分量不足或者成色不好，汉武帝下令以对宗庙不敬的罪名弹劾他们，被剥夺爵位的有一百零六人。辛巳日，丞相赵周因为知道列侯所献酎金分量不足却不检举，被关进监狱，自杀了。
丙申日，汉武帝任命御史大夫石庆为丞相，封他为牧丘侯。当时国家事情很多，桑弘羊等人负责增加财政收入，王温舒之类的人推行严厉的法律，而儿宽等人推崇儒家文化，这些人都做到了九卿的位置，交替被重用处理政事。很多事情都不通过丞相决定，丞相石庆只是为人忠厚谨慎罢了。
五利将军栾大整理行装，向东前往海边寻找他的师傅。可到了海边后又不敢入海，就去了泰山祭祀。汉武帝派人跟随查验，实际上栾大什么都没见到。栾大却撒谎说见到了师傅，他的那些方术也大多没有效果，因为欺骗皇帝，被腰斩；乐成侯丁义也被公开斩首。
西羌有十万人反叛，和匈奴互通使者，攻打故安，包围了枹罕。匈奴侵入五原郡，杀死了太守。
元鼎六年（公元前111年 庚午年）
冬天，汉武帝征发十万人，派将军李息、郎中令徐自为去征讨西羌，平定了叛乱。
楼船将军杨仆进入南越境内，先攻陷了寻峡，攻破了石门，挫败了南越的军队锋芒，带领几万人等待伏波将军路博德到来后一起前进，杨仆的楼船军在前面，到达了番禺。南越王赵建德和丞相吕嘉据城坚守。杨仆的军队在城的东南面，路博德的军队在城的西北面。到了傍晚，杨仆的军队打败了南越人，放火烧城。路博德则安营扎寨，派使者招纳投降的人，赐给他们印绶，又让投降的人去招降其他人。杨仆全力进攻并火烧敌军，把敌人驱赶到路博德的营垒中。到了黎明，城中的人都投降了。赵建德和吕嘉在夜里逃到了海上，路博德派人去追捕他们。校尉司马苏弘抓到了赵建德，南越的郎官都稽抓到了吕嘉。戈船将军、下濑将军的军队以及驰义侯征调的夜郎军队还没赶到，南越就已经被平定了。于是汉朝把南越的土地设置为南海、苍梧、郁林、合浦、交趾、九真、日南、珠厓、儋耳九个郡。军队返回后，汉武帝给路博德增加了封邑；封杨仆为将梁侯，苏弘为海常侯，都稽为临蔡侯，南越投降的将领苍梧王赵光等四人也都被封为侯。
公孙卿在黄河南岸等候神灵，说在缑氏城上看到了仙人的足迹。春天，汉武帝亲自到缑氏城去查看仙人足迹，问公孙卿：“你该不会像文成将军、五利将军那样欺骗我吧？”公孙卿说：“仙人不会主动求着人主，是人主要去求仙人。求仙的方法如果不宽容、给足时间，神灵是不会来的。谈论神仙的事好像很荒诞遥远，但积累时间长了，就可以招来仙人。”汉武帝相信了他的话。于是各郡、国纷纷修路，修缮宫观、名山和神祠，盼着汉武帝能去巡视。
为庆祝平定南越，汉武帝祭祀泰一神和后土神，开始使用乐舞来祭祀。
元鼎六年（公元前111年 庚午年）
驰义侯征调南夷的军队，准备去攻打南越。且兰君担心自己的军队远行后，周边的国家会趁机掳掠本国的老弱百姓，就和他的民众一起反叛，杀死了汉朝使者和犍为太守。于是汉朝征发巴、蜀两地本应去攻打南越的有罪之人，组成八校尉的军队，派中郎将郭昌、卫广率领去攻打且兰。他们诛杀了且兰君以及邛君、莋侯，最终平定了南夷地区，并在这里设置了牂柯郡。夜郎侯起初倚仗南越，南越被灭后，夜郎侯就入朝拜见汉武帝，汉武帝封他为夜郎王。冉駹等部落都十分恐惧，请求成为汉朝的臣属并设置官吏，于是汉朝把邛都设为越巂郡，莋都设为沈黎郡，冉駹设为汶山郡，广汉西边的白马设为武都郡。
当初，东越王馀善上书，表示愿意率领八千士兵跟随楼船将军杨仆攻打吕嘉。但军队到达揭扬时，馀善以海上风大浪急为借口，不再前进，采取观望的态度，暗中与南越联系。等到汉朝攻破番禺，他的军队也没到。杨仆上书请求顺便带兵攻打东越，汉武帝考虑到士卒疲惫，没有同意，而是命令各军校屯驻在豫章、梅岭等待命令。馀善听说杨仆请求诛杀自己，而且汉军已经临近边境，于是就反叛了，发兵阻挡汉军的道路，封将军驺力等人为吞汉将军，他们进入白沙、武林、梅岭，杀死了汉朝的三个校尉。当时，汉朝派大农张成、原山州侯齿屯驻当地，他们却不敢进攻，退缩到方便的地方，最后都因为胆小懦弱被汉武帝处死。馀善还自称武帝。
汉武帝想再次让杨仆挂帅出征，因为杨仆居功自傲，就下诏书斥责他说：“将军你的功劳，只有先攻破石门、寻峡这一点，并没有斩杀敌将、拔取敌旗的实际战功，哪里值得骄傲呢！之前攻破番禺时，你把投降的人当作俘虏，挖掘死人当作自己的战果，这是第一个过错；让赵建德、吕嘉能够得到东越的援助，这是第二个过错；士卒们连年在外风餐露宿，将军你却不体谅他们的辛苦，反而请求乘坐驿站的马车巡视边塞，趁机回家。你身佩银印、金印，垂下三条印绶，在乡里炫耀，这是第三个过错；你没有按时到达指定地点，还以道路不好走为借口，这是第四个过错；朕问你蜀刀的价格，你却假装不知道，心怀欺诈来欺瞒君主，这是第五个过错。你接受诏书却没有到兰池宫，第二天也不解释原因。假如是将军你的下属，被询问不回答，被命令不服从，该当何罪？由此推想你在外面，谁还能相信你呢？如今东越深入为敌，将军你能率领众人立功以弥补过错吗？”杨仆十分惶恐，回答说：“我愿意以死赎罪！”于是汉武帝派遣横海将军韩说出句章，渡海从东方进攻；楼船将军杨仆出武林，中尉王温舒出梅岭，让归降的越侯担任戈船将军、下濑将军，出若邪、白沙，一起攻打东越。
博望侯张骞因为打通西域而地位尊贵，他的下属官吏和士兵们争着上书，讲述外国的奇闻、利弊，请求出使。汉武帝因为西域路途遥远，不是人们乐意去的地方，就听任他们的说法，给予符节，招募官吏和百姓，也不过问他们的出身来历，为他们准备好人员和物资后就派他们出使，以此来开辟更多的通往西域的道路。这些使者回来后，有的会侵吞盗窃财物，有的不按朝廷的旨意办事。汉武帝因为他们熟悉出使事务，往往审查后判以重罪，以此激怒他们让他们出钱赎罪，然后他们又再次请求出使。出使的事端层出不穷，而且他们也轻易地犯法。这些使者的下属官吏和士兵也总是极力夸赞外国的各种事物，说大话的人被授予符节作为正使，说小一点的作为副使，所以那些胡言乱语、品行不端的人都争相效仿。这些使者大都是穷人的子弟，他们私自把朝廷的财物贱卖，想从中谋取私利。外国也厌烦了汉朝使者，他们认为这些使者说话轻重无度，估计汉军路途遥远不能到达，就禁止提供食物来刁难汉朝使者。汉朝使者物资匮乏，积怨之下甚至和当地人相互攻击。而楼兰、车师这些小国位于交通要道上，他们尤其厉害地攻击汉朝使者王恢等人，匈奴的奇兵也时常半路拦截攻击。使者们争着说西域各国都有城邑，兵力薄弱容易攻打。于是汉武帝派遣浮沮将军公孙贺率领一万五千骑兵，从九原出发，行军两千多里，到达浮沮井后返回；匈河将军赵破奴率领一万多骑兵从令居出发，行军几千里，到达匈河水后返回；目的是驱逐匈奴，不让他们拦截汉朝使者，结果这两路军队都没有遇到一个匈奴人。于是汉朝分出武威、酒泉的部分土地设置了张掖、敦煌郡，迁徙百姓充实这些地方。
这一年，齐国丞相卜式担任御史大夫。卜式上任后，就进言说：“各郡、国大多认为朝廷制作的盐铁器物不方便，质量差而且价格昂贵，有的还强制百姓购买；而且对船只也要征税，导致商人减少，物价上涨。”汉武帝因此对卜式不满。
当初，司马相如病重将死，留下一份遗书，歌颂汉武帝的功德，提及祥瑞之事，劝汉武帝到泰山封禅。汉武帝被他的话感动，又正好得到了宝鼎，于是就和公卿及各位儒生商议封禅之事。封禅这种仪式很久没有举行过了，没人知道具体的礼仪，而那些方士们又说：“封禅是和长生不死联系在一起的，黄帝以前，封禅都能招来神怪，与神灵相通，秦始皇就没能登上泰山封禅。陛下如果一定要去封禅，慢慢上去如果没有风雨，就可以进行封禅了。”于是汉武帝命令各位儒生采集《尚书》《周官》《王制》等书中的文字，草拟封禅的仪式，几年都没有完成。汉武帝询问左内史儿宽，儿宽说：“在泰山封禅，在梁父山祭地，彰显姓氏，考察祥瑞，这是帝王的盛大典礼；然而祭祀进献的意义，在经典中并没有明确记载。我认为封禅是为了宣告成功，与天地神灵合德，只有圣明的君主才能确定其中恰当的做法，不是群臣所能列举出来的。如今要举行这样的大事，犹豫了好几年，让群臣各抒己见，最终还是没能确定下来。只有天子建立中正平和的准则，综合各种条理，像金钟玉磬发声一样来制定仪式，以顺应上天的庇佑，奠定万世的基业。”于是汉武帝自己制定了封禅的仪式，还稍微采用了一些儒家的学说来修饰。汉武帝制作了封禅的祭器，拿给儒生们看，有的儒生说“和古代的不一样”，于是汉武帝把这些儒生都罢免不用了。汉武帝又认为古代在封禅之前要先整顿军队、休兵止战，然后再进行封禅。
元封元年（公元前110年 辛未年）
冬天十月，汉武帝下诏说：“南越、东瓯都已服罪；西蛮、北夷，还没有完全和睦；朕将巡视边境，亲自秉持军事大权，设置十二部将军，亲自率领军队。”于是汉武帝出发，从云阳向北经过上郡、西河、五原，出了长城，向北登上单于台，到达朔方，靠近北河，统率十八万骑兵，旌旗连绵一千多里，以此展示军威，震慑匈奴。汉武帝派使者郭吉告诉单于说：“南越王的头已经悬挂在汉朝的北阙。如今单于要是能战，天子亲自率军在边境等待；要是不能战，就面向南方臣服于汉朝，何必远远地逃到沙漠以北寒冷困苦、没有水草的地方呢！不要这样做了。”使者说完后，单于大怒，立刻斩杀了负责引见的官员，扣留了郭吉，把他流放到北海。然而匈奴也畏惧了，始终不敢出兵。汉武帝于是返回，在桥山祭祀黄帝的陵墓，在须如解散了军队。汉武帝说：“我听说黄帝不死，现在却有他的陵墓，这是为什么呢？”公孙卿说：“黄帝已经成仙升天了，群臣思念他，就埋葬了他的衣冠。”汉武帝感叹说：“我以后升天，群臣也会把我的衣冠葬在东陵吗？”然后回到甘泉宫，举行祭天仪式祭祀太一神。
汉武帝因为卜式不熟悉文辞奏章，把他的官职贬为太子太傅，让儿宽代替他担任御史大夫。
汉军进入东越境内，东越原本就发兵据守险要之地，派徇北将军驻守武林。楼船将军的士兵钱塘人辕终古斩杀了徇北将军。原越衍侯吴阳率领他封邑的七百人在汉阳反攻越军。越建成侯敖与繇王居股杀死了馀善，率领他们的部众投降。汉武帝封辕终古为御儿侯，吴阳为卯石侯，居股为东成侯，敖为开陵侯；又封横海将军韩说为按道侯，横海校尉福为缭嫈侯，东越投降的将领多军为无锡侯。汉武帝认为闽地地势险要，多次反叛，终究会成为后世的祸患，于是下诏让各位将领把东越的百姓全部迁徙到长江、淮河之间，闽地就空虚了。
春天正月，汉武帝前往缑氏，按照礼仪祭祀中岳太室山，随从官员在山下听到好像有三次高呼“万岁”的声音。汉武帝下诏让祠官增加对太室山的祭祀，禁止砍伐山上的草木，把山下三百户人家作为供奉太室山的奉邑。
汉武帝于是向东巡视海上，按照礼仪祭祀八神。齐地之人上书谈论神怪、奇方的数以万计，汉武帝于是增派船只，让那些声称在海上有神山的几千人去寻找蓬莱仙人。公孙卿手持符节经常先行，在名山等候神灵，到了东莱，他说：“夜里看到一个巨人，有几丈高，靠近他就不见了，他的脚印很大，类似禽兽的脚印。”群臣中有人说：“看到一个老翁牵着狗，说‘我想见天子’，然后忽然就不见了。”汉武帝看到了巨大的脚印，不太相信，等群臣又说看到了老翁，就认为那老翁是仙人，便在海上停留下来；给方士们驿车，还不断派使者去寻找神仙，人数多达几千人。
夏天四月，汉武帝返回，到达奉高县，在梁父山祭祀土地神。乙卯日，汉武帝让身为侍中的儒者戴着皮帽，插着笏板，以射牛的仪式开始举行封禅典礼，在泰山脚下的东方进行封土仪式，所用的礼仪和在郊外祭祀泰一神一样。所封的土坛宽一丈二尺，高九尺，坛下埋有玉牒书，上面写的内容很机密。祭祀结束后，汉武帝只和侍中、奉车都尉霍子侯登上泰山，也进行了封土仪式，具体的事情都保密。第二天，从山的北道下山。丙辰日，在泰山脚下东北的肃然山举行祭地仪式，就像祭祀后土神的礼仪一样，汉武帝都亲自拜见，身穿黄色衣服，并且全部使用了音乐。用江淮之间的三脊茅作为神的垫席，用五色土混合堆在封土上。在封禅的祠庙那里，夜里好像有光芒，白天有白云从封土中飘出。汉武帝祭地结束返回后，坐在明堂里，群臣轮番上前祝贺，歌颂他的功德。汉武帝下诏说：“我以渺小之身继承皇位，小心翼翼，只怕自己德行浅薄，对礼乐制度也不了解，所以祭祀八神，承蒙天地的恩赐，出现了明显的景象，我仿佛听到了什么，被这些奇异的现象所震动，想停止却又不敢，于是登上泰山举行封禅，到了梁父山，然后升坛进行自我更新，很高兴能和士大夫们一起革新，就把今年十月作为元封元年。我所巡视经过的地方，博县、奉高、蛇丘、历城、梁父，百姓们拖欠的田租赋税，都给予免除，今年也不用交纳算赋。赐给天下百姓每人爵位一级。”又因为每五年要到泰山巡视祭祀一次，所以让诸侯们各自在泰山下修建官邸。
汉武帝已经在泰山完成封禅，期间没有遇到风雨，方士们又说蓬莱的各位神仙好像能够找到，于是汉武帝满心欢喜，希望能遇到神仙，又一次向东来到海上眺望。汉武帝想亲自乘船渡海去寻找蓬莱仙人，群臣纷纷劝阻，却没人能拦住他。东方朔说：“所谓仙人，是自然得到的，不必急躁地去追求。如果陛下有道行，就不用担心遇不到仙人；如果没有道行，即使到了蓬莱见到了仙人，也没有什么益处。我希望陛下暂且回宫，静静地等待，仙人自然会到来。”汉武帝这才作罢。恰逢奉车都尉霍子侯突然患病，一天就死了。霍子侯是霍去病的儿子，汉武帝非常悲痛。于是汉武帝就离开了海边，沿着海岸向北，到达碣石，从辽西开始巡视，经过北部边境，到达九原。五月，回到甘泉宫。这次出行总共行程一万八千里。
在这之前，桑弘羊担任治粟都尉，兼管大农令的职务，总管天下的盐铁事务。桑弘羊制定了平准法，让远方各地把当地的特产，按照以前商人所贩运的那样作为赋税上缴，然后互相流通输送。在京师设立平准机构，总管各地运来的货物。大农令的各个属官，把天下的货物都控制起来，物价上涨时就卖出，物价下跌时就买入，目的是让富商大贾无法谋取巨额利润，使各种货物的价格不会飞涨。到这时，汉武帝巡视郡县，所经过的地方进行赏赐，用掉的丝绸有一百多万匹，花费的金钱要用亿来计算，这些费用都从大农令那里取得。桑弘羊又请求让官吏可以通过交纳粮食来补官，罪犯也可以用粮食赎罪。崤山以东地区每年漕运到京师的粮食增加了六百万石，一年之内，太仓和甘泉仓都装满了粮食，边境地区也有了余粮，各种货物通过均输法运输，储存的丝绸达到五百万匹，百姓没有增加赋税，而国家的财物却很充足。于是桑弘羊被赐爵左庶长，又赏赐了黄金二百斤。
当时发生了小旱灾，汉武帝命令官员求雨。卜式说：“朝廷官员本来只应该靠收取租税穿衣吃饭罢了，现在桑弘羊却让官吏们像商人一样在市场上开店，贩卖货物谋取利益。只有把桑弘羊煮了，天才会下雨。”
秋天，有彗星出现在东井星区，十多天后，又有彗星出现在三台星区。善于观测云气的王朔说：“我独自看到土星出现，形状像瓜，一顿饭的工夫，又消失了。”有关官员都说：“陛下举行了汉朝的封禅大典，这是上天回报陛下的德星。”
齐怀王刘闳去世，没有儿子，封国被废除。