汉武帝在位期间推行了一系列重大改革和政策。政治上，他采纳主父偃的建议，实行“推恩令”，削弱诸侯王势力，加强中央集权；设立中朝，削弱丞相权力，巩固皇权。经济上，推行盐铁官营、均输平准等政策，增加国家财政收入；改革币制，铸造五铢钱，统一货币。文化上，采纳董仲舒的建议，“罢黜百家，独尊儒术”，确立儒家思想的正统地位；设立太学，培养人才。
军事方面，汉武帝积极对外扩张。派卫青、霍去病多次出击匈奴，收复河套地区，夺取河西走廊，迫使匈奴远遁漠北；派遣张骞出使西域，开辟丝绸之路，促进中西文化交流；平定南越、东越、西南夷等地，扩大汉朝疆域。晚年因连年征战导致国力损耗，颁布《轮台诏》反思政策，转向休养生息。
汉武帝的统治奠定了中国大一统王朝的基本格局，其政治、经济、文化制度对后世影响深远。他死后谥号“孝武皇帝”，庙号“世宗”，葬于茂陵。