元封五年（前106年），武帝设刺史，建立严密的监察制度。他将全国划分为十三州部，即13个监察区，每州置一刺史，代表皇上，每年秋天去巡视该州各郡国。关于监察的内容，武帝规定了六条：一、豪宗强占田宅超过定制，以强凌弱；二、郡国长官背公向私，侵渔百姓；三、郡国长官不恤百姓，肆意杀人；四、郡国长官任人不当，徇私弃贤；五、郡国长官的子弟仗势欺人，为非作歹；六、郡国长官与豪强勾结，背令枉法。刺史按这六条，查处郡国长官和豪强的犯罪行为。遇有特殊情况，武帝还派官员以“绣衣直指”的身份专程去地方处理案件。西汉王朝在武帝的治理下，达到了空前的巩固和统一。
连年大规模的用兵和武帝个人的挥霍无度，使西汉王朝出现了财政危机。元朔元年（前128年）大司农报告说：国库即将空虚，军费开支不足。武帝批准实行“买爵赎罪”。以钱捐官，纳钱赎罪的办法对财政补益不大，至元狩四年（前119年），国库彻底空虚，武帝不得不予以高度重视。于是，他起用一批具有真才实学的理财家，如桑弘羊、东郭咸阳、孔仅等，采取各种措施，解决经济危机。
第一是币制改革。币制改革分三次完成。元狩四年造新钱币，以白鹿皮为“皮币”，值40万；以银锡铸为“白金”币三种，各值3000、500、300；销四铢钱，铸为三铢钱。严禁民间盗铸，违者处死。次年，改三铢钱为五铢钱。而民间盗铸钱币活动始终未能制止，元鼎元年（前116年），处死私铸钱币者达数10万之多。于是武帝下令废除“白金币”，禁止郡国铸钱，将铸币大权收归中央，由上林苑的均属、钟官、辨铜令三属官铸造，称为“三官钱”，不是三官钱不得在市场上流通使用。币制改革，使朝廷收回了大量的货币，控制了货币的发行权。
第二是开展征税。武帝倚重桑弘羊，颁布“算缗”与“告缗”令。这两令规定，凡拥有一定资产的人必须按资产多少交税；若不如实呈报纳税，经告发查实，将没收家产，罚戍边一年；告发者将得其家产一半。这两令的实行，使朝廷得钱财以亿计。
第三是盐铁官营。朝廷垄断了盐铁业后，财政收入明显增加。
第四是实行“平准均输”政策。由中央和各郡国出面平价，调剂运输，使富商大贾无法囤积居奇，操纵物价。武帝用了九年的时间（前119—前110年），实行这一系列改革政策，增加了财政收入，国库得以充实。
武帝在解决财政危机的同时，对农田水利也十分注意。他曾采纳郑当时的建议，令人开漕渠；又接受倪宽的提议，穿六辅渠。元封二年（前109年），武帝派数万人治理黄河瓠子（在今河南濮阳）决口。为了治好这20年未能根治的决口，他亲临现场，举行祭祀，祈祷治河成功，之后命令随行群臣“负薪”，参加治河。这次决口填塞后，80年里未发生大的水灾。
在追求享乐上，武帝是十分突出的。他年轻时就常常微服出访，拈花惹草，追鹰逐兔。一次入终南山（在今陕西西安东南）射猎，车骑践踏农田，遭到农民的咒骂，地方官要加以拘捕。一次夜至柏谷（今河南灵宝西南），客舍主人怀疑他是强盗，险些将他杀害。武帝的好色也是比较出名的，他后宫嫔妃众多，在历代皇帝是少见的。《汉武故事》记载：“又起明光宫，发燕赵美女两千人充之。率取年十五以上二十以下，满四十者出嫁，掖庭令总其籍，时有死出者补之。凡诸宫美人可有七八千。建章、未央、长乐三宫，皆辇道相属，悬栋飞阁，不由径路。常从行郡国，载之后车。与上同辇者十六人，员数恒使满；皆自然美丽，不假粉白黛黑。侍衣轩者亦如之。上能三日不食，不能一时无妇人；善行导养术，故体常壮悦。其有孕者，拜爵为容华，充侍衣之属。”
可以说，武帝在事业上大展雄才的同时，也尽情享乐，一生沉湎于声色犬马之中。
成仙登天，长生不死，是武帝一生中孜孜以求的大事。他尊礼方士，迷信鬼神，元光二年（前133年）就亲祭灶神，遣方士入海求神仙，并炼丹药。武帝妄想成仙，先后重用方士李少君、谬忌、少翁、游水发根、栾大、公孙卿等人。其中对栾大最为器重，封他为五利将军，并将自己的大女儿卫长公主嫁给他。他甚至对公孙卿说：“嗟乎。诚得如黄帝，吾视去妻子如脱履耳。”求仙问神本是虚妄的谎言，而谎言终究是要揭穿的。武帝晚年，没能成为神仙，他如梦初醒，“后上杀诸道士妖妄者百余人”，彻底放弃了求神成仙的事。
武帝后期，国内外各种矛盾尖锐起来。首先是匈奴又开始侵扰汉境。天汉元年（前100年），汉使苏武被匈奴扣留。次年，武帝不得不再次大规模对匈奴用兵。不料，此后的几次出兵，每次都是汉军失利，将军李陵、李广利相继被迫投降匈奴。其次，人民起义不断发生。百姓因不堪频繁征调和官吏的酷暴，纷纷揭竿而起。天汉二年（前99年），齐、楚、燕、赵、南阳等地都爆发农民起义。义军大者数千，小者数百，他们攻城邑、取库兵、释死囚、杀官吏，朝廷为之震动。武帝两次派兵镇压，但是义军散而复聚，继续战斗，朝廷无可奈何。于是，武帝规定：敢藏匿义军者斩，官吏察捕不力者处死。从此官吏惧怕受诛，索性隐匿不报。结果，人民的反抗斗争日益激烈。与此同时，朝廷发生内乱，先是丞相公孙贺之子骄奢不法，诅咒武帝，事发后全家被诛，而受牵连被杀的皇室成员和宫女就达数百人。其后是太子刘据为江充诬陷，被迫起兵，兵败自杀。
与匈奴交战节节失利，起义风暴遍及关东，统治集团上层矛盾激化，这一切，都使进入晚年的武帝清醒起来，他开始反省自己的过去。
征和四年（前89年），67岁的汉武帝召集群臣，承认自己以往的过失，说：“朕即位以来，所为狂悖，使天下愁苦，不可追悔。自今事有伤百姓，靡费天下者，悉罢之。”大鸿胪田千秋立即上言，请罢求仙之事。武帝准奏，下令将那些靠迷信骗取爵禄、钱财的方士一律罢免，并封田千秋为丞相。事后，他深有感触地说：“向时愚惑，为方士所欺。天下岂有仙人，尽妖妄耳！节食服药，差可少病而已。”
武帝能承认自己狂悖，伤害了百姓，使天下愁苦，宣布废止方士的迷信活动，诚恳自责，作为一个封建皇帝，是难能可贵的。不仅如此，他还一改过去那种好大喜功、穷兵黩武、不惜民力的作风和政策，把治国的重点转移到发展生产、富国富民上。
当桑弘羊等大臣上奏，请派将士到轮台（今新疆轮台）屯田，筑亭障，“以威西国”时，武帝不允，下诏“深陈既往之悔”，深刻检讨以往频繁征伐的错误，说：以往远征西域，虽有小胜，然“辽远乏食，道死者尚数千人”，是“朕之不明”，“悲痛常在朕心”。今又要远去轮台屯田，还要筑路建亭，这是扰劳天下，“非所以忧民也，朕不忍闻！”他说：“当今务在禁苛暴，止擅赋，力本农，修马复令，以补缺，毋乏武备而已。”这篇诏书史称“轮台悔过”。武帝明确宣布，禁止苛敛暴政，不准随意征发徭役，鼓励养马，把发展农业作为当务之急，“由是不复出军”。他还“封田千秋为富民侯，以明休养，思富养民也”。
为进一步落实“息民重农”的国策，武帝以赵过为搜粟都尉。赵过上任，推行“代田法”，收到了“用力少而得谷多，民皆便之”的效果。赵过还大力提倡新农具。例如下种的耧，只用一人一牛，可日种一顷。科学种植法的推广和便巧农具的应用，使亩产提高了三成以上。重农国策很快收到成效。
武帝晚年为立太子一事也煞费苦心。太子刘据自杀后，他没有立昌邑王为太子，又不喜欢广陵王和燕王，所以关于皇位的继承人，迟迟未能确定下来。后元元年（前88年），武帝已经69岁，确立太子一事不能再拖延了。他打算立受宠的少子刘弗陵为太子，但刘弗陵仅7岁，其母赵婕妤又年少。为了不让吕后专权的历史重演，他令人画周公负成王朝诸侯图赐给霍光。同时，又令自己宠爱的夫人赵婕妤自杀。次年，武帝病重，霍光问以后事，武帝说：“立少子，君行周公之事。”然后封霍光为大司马、大将军，金日蝉为车骑将军，上官桀为左将军，桑弘羊为御史大夫，并与丞相田千秋一道“受遗诏辅太子”。武帝于公元前87年去世，死后，葬于茂陵（今陕西兴平东北）。他享年70岁，谥号孝武，庙号世宗。
武帝的一生，受到后人的高度评价。班固在《汉书》卷6《武帝纪》中说：
“汉承百王之弊，高祖拨乱反正，文景务在养民，至于稽古礼文之事，犹多阙焉。孝武初立，卓然罢黜百家，表章六经，遂畴咨海内，举其俊茂，与之立功；兴太学，修郊祀，改正朔，定历数，协音律，做诗乐，建封禅，礼百神，绍周后，号令文章，焕然可述。后嗣得遵洪业，而有三代之风。如武帝之雄才大略，不改文景之恭俭以济斯民，虽《诗》《书》所称，何有加焉！”
对武帝的才略、业绩给予了充分肯定。
司马光在《资治通鉴》中称颂武帝“聪明能断，善用人，行法无所假货”；但又抨击他“穷奢极欲，繁刑重敛，内侈宫室，外事四夷，倍感神怪，巡游无度，使百姓疲惫，起为盗贼”；指出其所作所为几乎与秦始皇无异。为什么秦亡汉兴呢？司马光认为：“孝武能尊先王之道，知所统守，受忠直之言，恶人欺蔽，好贤不倦，诛赏严明，晚而改过，顾托得人，此其所以有亡秦之失而免亡秦之祸乎！”他对武帝能好贤纳言、知错改过大加赞赏。
的确，汉武帝是位了不起的封建政治家。他在统治期间，延揽人才，刷新朝政，在政治、军事、经济、思想等各方面都创建了不朽的业绩。
秦皇汉武，唐宗宋祖，都堪称中华民族的英豪，但是关于汉武帝这位英豪的长相如何，史书却并没有记载，今天人们只能从后人的画像中去领略他的风采。翦伯赞先生这样写道：
“说到汉武帝，也会令人想到他是生得怎样一副严肃的面孔。实际上，汉武帝是一位很活泼、很天真、重感情的人物。他除了喜欢穷兵黜武以外，还喜欢游历，喜欢音乐，喜欢文学，喜欢神仙。汉武帝，是军队最英明的统帅，又是海上最经常的游客，皇家乐队最初的创始人，文学家最亲切的朋友，方士们最忠实的信徒，特别是他的李夫人最好的丈夫。他绝不是除了好战以外，一无所知的一个莽汉。”
最后，引用杨生民先生的古诗《赞汉武帝》，来概括武帝的一生：