经过数次对匈奴用兵均获得胜利，武帝的威望提升了，在朝廷上也获得了更大的发言权，他遂放开手脚，开始实施自己的改革措施。汉武帝的改革，主要目的是削弱地方，收权中央，以巩固皇权，加强封建集权统治。要完成他的目的， 一步就是削弱相权，把统治中心从“外朝”改为“内朝”。

西汉初年继承秦制，宰相具有很大权力，国家的大政方针，不经过宰相同意，是无法顺利实施的。惠、少、文、景时代，虽曾一度瓜分相权，分置左右丞相，却并不能在真正意义上提升皇帝本人的统治权。到了武帝时代，原本跟随高祖起兵的开国功臣们大都已经去世，窦婴、田蚡等人去职后，太皇太后和皇太后干预朝政的势力也消失无踪，这就给皇帝抑制相权创造了有利条件。

元光五年（前130）八月，武帝再次要求地方荐举贤良方正之士以备察考和咨询，并且特别声明要“征吏民明世务，通儒术者”。菑川（今山东寿光东南）人公孙弘因此受到重用，被任命为博士，后来更升任他为丞相——这是西汉时代 一个出身平民的宰相。

武帝选拔儒生为宰相，这些儒生威望较浅，也没有强大的宗族势力做靠山，武帝遂将政务中心转入内廷，大事都和自己的亲信秘书班底商讨，并且由这些秘书拟定和颁发诏书，外廷的丞相只主管一些日常行政事务而已。这样相权就逐渐由丞相府、御史府移至皇帝身边的尚书台——尚书台原本不过是皇帝私府中收发文书的小机关，武帝以后地位日益重要，到了隋唐时代，正式确定三省六部制，尚书省演变成为真正宰相机构。

这是对中央政府的改革。而对地方，武帝继续压制国王、列侯们的势力。元朔二年（前127）正月，他接受中大夫主父偃的建议，颁布《推恩令》，允许各诸侯王除嫡长子继承王位外，也可向朝廷申报，割出一块领地来封其余的儿子为王或侯。这样一来，原本较大的王国被逐渐分割为许多小王国，诸侯王国再不能“连州跨郡”，形成足以威胁中央政权的势力了。

元鼎五年（前112）九月，武帝借口列侯们献给朝廷以供祭祀之用的黄金成色太差，进行大规模搜捕、调查，总计削夺列侯爵位106人。文、景时代数次勒令回去封地，却总滞留长安，不肯成行，勾结官员，横行不法的列侯势力，至此几乎被扫荡一空。

元封五年（前106），武帝初置刺史。他将全国分成13个监察区，称为“部”，每部任命一名刺史（京城及附近地区的刺史称为司隶校尉），对地方上的官吏和豪强进行监督。

刺史的监督原则主要是“六条问事”：一，是否有豪强占田超过了限制数量，并且恃强凌弱；二，是否有郡守不遵诏书、法令，欺压百姓，横行地方，贪污渎职；三，是否有郡守审判案件不公，草菅人命，被百姓所嫉恨；四，是否有选拔任命官吏不公平，排斥贤能，任用小人的情况存在；五，是否有郡守的子弟仗势欺人，而其下属不敢纠办的情况存在；六，是否有郡守和地方豪强勾结，欺蒙皇帝的情况存在。十三刺史部，也就是后来常说的十三州。

不但在行政制度上中央集权，就连学术思想层面，武帝也要求获得全国的统一，是谓“大一统”。董仲舒曾在上书中说：“臣愚以为诸不在六艺之科孔子之术者，皆绝其道，勿使并进。邪辟之说灭息，然后统纪可一而法度可明，民知所从矣。”——“我认为对于学习非儒家学说的人，全都堵塞他们当官的途径，这样则各种邪说可以平息，政令可以统一，法令可以清明，老百姓也知道要跟随谁了。”——于是武帝改变高祖以来黄老立国的传统，利用董仲舒的学说，将君权神化，同时宣扬忠孝节义等儒家思想，甚至定儒学为官学，以达到全社会思想统一的目的。这就是著名的“罢黜百家，独尊儒术”。

在经济上，汉武帝继续鼓励生产，重农抑商，还任命桑弘羊等人主管财政，确定了盐铁官卖制度。他的许多政策，对后世产生了深刻的影响，但这深刻影响是好是坏且不必说，对当时普通百姓所产生的影响，却在相当程度上是灾难性的。

武帝为人外宽内忌，刚愎残忍，仿佛其父刘启，野心勃勃，好大喜功，仿佛其先祖刘邦，但从刘邦到刘启，历代汉帝的节俭风气，在他身上却荡然无存。连年征战、穷兵黩武，加之营建宫室、封禅求仙，这些举动所造成的结果就是文、景以来充盈的国库短短十数年间就被浪费一空。国家已经没前了，可是皇帝还想打仗，还想建造楼台宫阙，唯一的解决办法就是刻剥商人，加重赋税以敛财；对商人和农民的征敛自然会造成民心浮动，朝廷的解决办法也不外乎任酷吏，兴大狱。武帝统治前期，是西汉朝光辉的顶点，但到他统治中后期，国家却由盛转衰，江河日下，甚至日暮途穷！

首先说穷兵黩武。武帝时代，不但北伐匈奴，还南平闽、越，西通西南夷，把汉朝的疆域扩展到今天两广、云贵地区。这对于政府和百姓来说，本来就已经是很沉重的负担了， 5次对匈奴发动的大规模战役虽然取胜，但损失上万人，归来的官、私马匹也不足3万。但在这种情况下，武帝依然不肯罢休，从元鼎五年（前112）到征和三年（前90）间，又六次发兵，北伐匈奴，结果仅一次小有斩获，两次无功而返，三次全军覆没，胜少败多，已不复昔日的荣光了。

考究武帝中后期对匈奴战争的失利，原因是多方面的：一则卫青失宠，霍去病已死，缺乏优良的军事统帅；二则国库空虚，战马稀少，很难组织起大集群的远征；三则匈奴虽已衰弱，战略却因此从主力决战转为游击骚扰，行动更为灵活隐秘。本来 后一次远征，是很有希望再取得大捷的，但统帅偏偏是无能的李广利，而朝廷内部的权力斗争，更使得连这般庸将也无法把全部心思都投入到战斗中去，结果主力两万大军尽数覆没，李广利投降匈奴。

武帝一贯重用外戚为将，但前期的卫青、霍去病是天才良将，后期的李广利却又是另外一类人物了。