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在惠帝、文帝、景帝期间，丞相大多主要是随刘邦打天下的功臣丞相受到礼遇，汉武帝和丞相多有不合，经常会借口打压杀死丞相，导致朝中大臣不愿意接任丞相之职。为贯彻自己的命令，他便设立中朝，尚书台也是这一时期出现的。
汉武帝削弱丞相的权力还有一个很有利的条件，这就是原来做丞相的都是开国的功臣，他们已经年老，或者去世。汉武帝便利用这个有利的时机来让众多的儒生代替元老们，掌握国家政权，同时通过打击丞相来加强自己的权力。在元朔五年（前124年），汉武帝便让平民出身的儒生公孙弘来做丞相，这样就改变了以前总是由贵族来做丞相的惯例。[54]
建立年号
汉武帝是中国历史上第一位使用年号的皇帝，公元前113年汉武帝以当年为元鼎四年，并追改以前为建元、元光、元朔、元狩，每一年号六年。但根据一些出土的文物来看，上面都标有建元、元光等年号，证明建元、元光等年号并非后来追命。
西汉自汉武帝时期开始，国力强盛，大破匈奴，远征大宛，降服西域，收复南越，吞并朝鲜，设置西域使者校尉正式将西域纳入中华版图[68]，一说汉宣帝设置西域都护才正式将西域纳入版图[69-70]，西汉版图东抵日本海、南吞交趾、西逾葱岭、北达阴山，奠定了汉地范围；汉武帝时期，张骞出使西域，开辟了丝绸之路，第一次将中国的目光投向了世界，汉使到达了大宛、康居、大月氏、大夏、安息、身毒（即印度）、于阗、扜罙、犁轩等诸国，开拓了连接欧亚大陆的丝绸之路。其中最远到达的犁轩位于埃及亚历山大港，这是汉朝使节到达的最远地区，欧亚非的丝绸贸易就此成型。[51]
汉武帝是中国历史上第一位派大军深入匈奴腹地进行决战的皇帝。通过大量移民在西北边郡屯田，这对反击匈奴战争的胜利、经营西域起了重大作用。李广利伐大宛后，西域南道诸国多臣服于汉，宣帝神爵二年（前60年），匈奴日逐王降汉，匈奴不敢争西域，罢僮仆都尉。宣帝任命郑吉为西域督护，管理西域南、北道诸国，西域诸国臣服于汉。至此，西边直达里海，都成为了汉朝的疆域。[2]
远征大宛：大宛，地处乌兹别克费尔干纳盆地，张骞出使西域后，汉武帝为了得到汗血马于是命使者，带黄金二十万两及一匹黄金铸成的金马去大宛国都，求换汗血马。但大宛国王毋寡以汗血马为大宛国宝而拒绝，汉朝使节就在毋寡面前，破口大骂，并把金马击碎，掉头而去，毋寡因而大怒并杀死使团，夺走金银财宝。汉武帝闻使者被杀，财物被劫，不禁大怒，立命李广利任贰师将军，发兵数万远征大宛。太初四年（公元前101年），汉武帝命李广利远征大宛。[83]汉军人多势众，声势浩大，沿途小国不敢对抗，纷纷开城出迎，供给食粮和饮水。只有轮台（新疆轮台）抗拒汉军，闭城紧守。[84]汉军攻数日，破城，屠轮台，此后无人敢挡。直袭大宛都城贵山城，首先切断其水源，然后将贵山城团团包围，日夜攻打，破其外城，杀大宛勇将煎靡。大宛统治集团内部终于发生内讧，其贵人多怨大宛王毋寡，于是共同杀死毋寡，遣使持毋寡首级赴汉营求和，表示愿将良马驱出供汉军挑选，从此大宛服属西汉。
李广利命搜粟都尉上官桀攻打郁成城。经过激战，郁成城守军终于抵敌不住，战败投降，郁成王逃往康居。上官桀率军追至康居，向康居要人。康居见大宛已破，遂将郁成王交与上官桀。上官桀手下上邽骑士赵弟在途中杀郁成王。汉军击败大宛，威震西域。西域诸国纷纷遣子弟入汉贡献，并作为人质。西域臣服。[85]
车师（姑师）之战：元封三年（前108年），汉武帝令从票侯赵破奴击破姑师，威震乌孙、大宛等西域诸国。[86]征和四年（前89年），汉武帝令重合侯莽通（一称马通）率4万骑兵击匈奴，途经车师北。莽通令成娩率军中楼兰、尉犁、危须等西域6国兵，进攻车师，以扫除大军前进的障碍。6国兵将车师团团包围，车师投降，臣属于汉。
楼兰之战：元封三年（前108年），汉武帝命从票侯赵破奴率兵数万击姑师（车师）及楼兰。姑师也多次袭杀汉使。赵破奴令数受楼兰追杀、拦截之苦的王恢为先锋，率700人，攻破楼兰，俘楼兰王。楼兰降服于西汉。[87]
龟兹之战：汉武帝通西域后，李广利破大宛回军途经扞弥，恰逢赖丹要去龟兹为质。李广利派人责问龟兹王，龟兹王听从姑翼之议，派兵攻杀赖丹，后又害怕，遂上书谢罪。宣帝本始三年（前71年），长罗侯常惠，监护乌孙发兵5万大破匈奴后，回朝途中，上书请击龟兹，以偿杀赖丹之罪，常惠调集龟兹以西诸兵2万人，又遣副使调集龟兹东面诸国兵2万人，令乌孙发兵7千，从三面进击龟兹。龟兹王极为惊恐，急忙相告，杀赖丹是前王听信贵人姑翼所干，于己无关，并执姑翼来见常惠。常惠斩姑翼，罢兵。[88]
莎车之战：汉武帝通西域后，莎车与西汉建立了友好关系，不断遣子入汉为质。汉宣帝元康元年（公元前65年），卫候冯奉世护送大宛等国使臣回国，途经鄯善国伊脩城，驻守于此的汉都尉宋将向他报告了莎车的不轨行为。此时，西域都护郑吉在北道诸国间。冯奉世与副使严昌商议，认为如不立即攻莎车，待其势力强大将难以制服，那样必然危及汉在西域的统治。于是冯奉世下令调集诸国之兵，进击莎车，破莎车城，呼屠征自杀。冯奉世另立莎车王其他昆弟为王。其余诸国叛乱也被平息，恢复了西汉在这里的统治。[89]