在削弱相权的同时，武帝从贤良文学、上书言事的人以及现任的一些低级官吏中，选拔一些文才出众的人，在他们的本职以外，另给侍中、常侍、给事中等加官以成为皇帝身边近臣。让他们可随意出入皇帝工作生活的地方，随时侍候左右，以便顾问应对，参与大政。武帝还有意扩大尚书的职权，更多地依靠其办事。尚书，本来是管理皇室财政的少府属下的一个小官，负责皇帝与丞相之间的公文传达。武帝用宦官为中书，掌管尚书。这样，侍中、常侍、给事中、中书等就逐渐形成一个宫内决策机构，史称“中朝”或“内朝”。“中朝”形成以后，以丞相为首的朝臣就成为只负责处理和执行一般政务的“外朝”了。皇帝依靠中朝，加强统治，中朝则恃皇帝之重，凌驾外朝。
为了加强中央集权，汉武帝继续对封国进行削弱和打击。景帝在平定“七国之乱”之后，尽管对王国进行了决定性的打击，使其降为郡一样的地方行政机构，但封国仍然存在，仍然在一定程度上是加强中央集权的一个障碍。所以主父偃向武帝建议：实行推恩，进一步削弱王国势力。
主父偃，临菑（今山东临淄）人，是一个聪明绝顶的人物。他青年时学习纵横家说，成年后又学《易》《春秋》和百家学说，都很有成就，但他性格偏激、自负，在文、景两朝都没能为人所赏识，十分贫困潦倒。公元前134年（武帝元光元年），主父偃生荐到卫青门下，但在此后的五六年中也没有得到重视。寄人篱下的生活过得相当艰难。公元前128年（武帝元朔元年），武帝发动的讨伐匈奴的战争正在激烈的进行，为进一步招揽人才，武帝下令，凡有一技之长的人，都可以直接向朝廷自我推荐。于是主父偃上书武帝，以其丰富的知识，敏锐的政治洞察力，对国家大政的深谋远虑，而得到汉武帝的赏识，一年之中四次迁升，从布衣一跃而为郎中、谒者、中大夫，成为朝中高级官员。主父偃发迹后，生活奢侈，恩仇相报，绝不宽贷。他感激卫青收他为宾客，为报恩，力劝武帝立卫青姐卫子夫为皇后。对冷落过他的人，他千方百计地报复。燕王刘定国与其弟的妾通奸并生下一子，又夺其弟的妻子为妾，还与子女通奸乱伦。主父偃便指使人揭发燕王隐私，迫使燕王自杀。因主父偃专好揭人隐私来对付仇敌，因此，朝中公卿大臣无不对其恨之入骨，终于有人愤而起来，以其人之道还治其人之身，主父偃因贪赃受贿被武帝灭族。在公元前127年（武帝元朔二年），主父偃贵幸只有一年多的时间，如同昙花一现。主父偃的胡作非为，令人生恨，但他的政治建言，使武帝受益不少。
主父偃在他的上书中对武帝说：“古时候诸侯封地不过百里，力量弱小，容易控制，可一有机会就要叛乱，朝廷剥夺土地，更要激起变乱。现在诸侯已传了两三代，子孙众多，天子应加恩，让人人都为侯，这样诸侯化大为小，诸侯子孙都是乐意的。皇上名为推恩，实是分弱诸侯，真可谓是一箭双雕。”汉武帝采纳了这一建议，于公元前127年，下令诸侯“推恩”。具体办法是：令诸侯自己分割土地封其子弟为侯，同时对所分子弟，由朝廷定制封号，所分的侯国管理上也不属于原来的王国，而且属于中央的郡来管辖。这样，不仅使王国分析，势力范围缩小，而且扩大了中央直接管辖的地区。除此之外，武帝还常借故废掉王国。例如，按照汉朝的制度，皇帝每年8月都要在宗庙举行祭祖仪式，叫做“饮酎”。届时，诸侯王们都要献纳黄金助祭，叫做“酎金”。依照规定，如果所献的黄金斤两不足或成色不足，王国要被削地，侯国则要被免除。公元前112年（武帝元鼎五年），武帝就借口“酎金”不合格而削除了106个侯国。为了进一步限制诸侯王势力的发展，武帝还颁布了“左官之律”和“附益阿党之法”。左官就是指仕于诸侯的官。在汉代，以右为上，左官就是规定仕于诸侯的官吏，在级别和地位上低于中央和郡县的官吏，“附益法”是从经济上对诸侯王加以限制。
在打击、限制诸侯王国的同时，武帝也加强了对地方的监察。公元前106年（武帝元封五年），武帝把全国除京兆、冯翊、扶风、河南、河内、河东和弘农七郡外分成为冀、青、兖、徐、扬、荆、豫、益、凉、幽、并、交趾、朔方等十三个监察区域，叫十三州部，每州部设刺史一人。刺史没有固定的治所，只是在每年8月巡视所部属的郡国，考察吏治、惩奖官员，处理冤狱。武帝还规定了六条刺史监察的范围。从这六条看，刺史主要监察的是郡国的主要行政长官。刺史仅为六百石官，秩位不高，但他代表中央，所以能监察地方二千石的高官。刺史的责虽重，但他不能直接处理地方行政事务，所以刺史的设立得小大相制，内外相维为宜。对于京兆等七郡，武帝于公元前89年（武帝征和四年）设置了司隶校尉负责监察。刺史和司隶校尉的设立，加强了中央对地方的控制，起到了强干弱枝的显著作用。
在地方上，汉武帝是通过“酷吏”来强化他对人民的统治的。公元前119年（武帝元狩四年）以前，担任南阳太守的是义纵。义纵在赴南阳就任时，要经过函谷关，担任函谷关都尉的叫宁成。宁成十分残暴，因此出入此关的人常常要受到他的虐待，所以当地有“宁愿碰到正在喂奶的母老虎，也别碰到宁成发怒”之说。当然，宁成对途经函谷关的义纵是毕恭毕敬的，亲自迎送。但义纵到达南阳后，马上调查宁成一家的罪行，将其满门抄斩，义纵此举，使南阳官民们无不震恐异常。后来义纵迁任定襄太守，一到任就突然封闭了定襄监狱，将狱中所有轻重犯人二百余人，以及私自探监的二百余人，一起处死。私自探监人的罪名是“为囚犯私自解脱枷镣”。使郡中人不寒而栗。担任河内太守的王温舒也是如此。他9月到任，立即让人准备五十匹传送信件的快马，然后搜捕郡中豪勇奸猾之徒，共有一千余家。搜捕完毕后，王温舒上奏朝廷，要求收罪大的诛族，罪小的本人处死，没收家产。奏章以快马送出，不到三天，就得到朝廷的批准，一时使河内郡血流十余里。从而郡中无人敢大声说话，夜间无人敢随意出门，当然也没有盗贼等存在了。不久，春天到了，依制度，要停止用刑了。王温舒不满地说：“冬季再延长一个月，就够我用的了。”公元119年，武帝听说了他们俩的行为后，认为很有才干，双双提升为中二千石官，义纵为右内史，王温舒为中尉。
为加强皇权，加强中央集权，武帝对军事制度也进行了改革。汉代，兵役制和徭役制是结合在一起的。依汉代制度规定，男子在十五岁（景帝时曾改为二十岁）到五十六岁的期间内，要服兵役两年，称为正卒。正卒，一年在本郡为步兵（当时称材官）、水兵（当时称楼船）或骑士；另一年在京师屯戍，称为卫士。此外，还须在边境守边一年，称为戍卒。这当中，亲自服役的称践更，不愿服役的也可交钱雇人代理，叫过更。由于雇人代役的越来越多，过更钱就演变成为一种赋税，叫做更赋。汉代，地方上的军事由都尉主管，都尉统领本地的正卒，进行军事训练，每年秋天，郡太守都要举行一次对正卒的检阅，叫都试。中央征发地方军，以铜虎符为凭，无符是不能发兵的。在京都，驻有南北二军，北军守京师，士卒由京兆、冯翊和扶风地区选调，由中尉率领；南军保卫皇宫，卫士由上述三个地区以外的郡国选调，由卫尉率领。南北军力都不大，南军西汉初年为两万人，武帝初年削减为万人。按照汉初的军事制度，军力分散于全国各地，京都无重兵。这样的军事制度，显然不能适应武帝加强中央集权的需要。公元前111年（武帝元鼎六年），武帝创建屯骑、步兵、越骑、长水、射声、虎贲、胡骑等七支军队，称七校尉。常驻京师及其附近，七校尉兵都统于由中尉属官中垒令演变而来的中垒校尉，所以又合称八校尉。八校尉属北军系统，每校尉兵力数百至千余不等，但其大多是招募而来的。在南军系统，公元前138年（武帝建元三年），武帝又建立了一支千余人的卫队，取“期诸殿门”（等待在宫殿门口的意思），命名为“期门军”；公元前104年（武帝太初元年）武帝选拔陇西、天水等六郡的“良家子”七百人组成了一支军队，叫“羽林军”，后来武帝又把从军战死者的子孙养在羽林军中，加以军事训练，号称“羽林孤儿”。八校尉和期门、羽林的相继建立，加强了中央的军事实力。
在加强了自己的统治以后，汉武帝开始向外开拓疆土。在南方，加强了对东南、岭南地区的统治；在西南加快了西南夷地的开发；在东北，置吏设郡，使其成为汉统一的多民族国家的一部分；在北方和西北，则对匈奴进行了大规模的反击；在西域，加强了汉和西域多国的联系。从而使汉王朝的疆域扩大到东起朝鲜半岛东海岸，西至遥远的西域，北至阴山，大漠以北，南至今越南中部的大国。
这一切的顺利进行和完成，使武帝感到有必要祭泰山，告天地，昭示大汉的威望，敬祈上苍保佑帝国的长治久安。因此，公元前110年，武帝在东巡大海，祭祀东方诸神后，于4月来到泰山脚下，在梁父山祭祀地主。祭祀过地主后，武帝命凡担任侍中的儒生一律头戴皮帽，将笏板用丝带系于腰间，参加射牛仪式，并随武帝在泰山东坡祭天。此后，武帝单独与侍中、奉车都尉等人一起登上泰山，再行祭天之礼。从山上下来后，又在泰山脚下东北部的肃然山再祭地神。一切仪式结束后，武帝改年号为元封元年，下令此次巡行的所到之处历年所欠的田赋及今年应当交的税赋一律免除，赐天下有爵者人增一级，并规定从此以后，天子每五年举行一次大典，各诸侯国都要在泰山脚下建造宾馆。武帝的这次封禅，充分地显露了他的好大喜功的性格。
武帝的好大喜功，突出地表现在对外交往上。西域打通以后，西域各国使者来汉的络绎不绝。武帝每次出巡都要将各国使臣全部带上，遇到大都会或人口稠密的地方，都要大排场面从中穿过，对经过地区的居民大加厚赏，以示汉朝之富有和宽厚。每逢赏赐，都要大摆宴席，筑池蓄酒，悬肉为林。每到一处，都要让宾客参观各地仓库中储存的物品，以示汉朝之强。为表示汉臣的宽大胸怀，公元前121年，匈奴浑邪王来降时，汉武帝下令边郡调集二万车辆前往迎接，因朝廷不可能有这么多的马匹，便向民间赊贷，仍没能找足，气得武帝要杀长安县令以问罪。
