公元前104年，汉武帝宣布废除《颛顼历》，改订礼制和历法。改用由司马迁、落下闳、唐都、邓平等人创制的新历——太初历。“太初”的意义是宇宙的开端，武帝以此命名这部历法，象征太初年间的“改元更化”。
《太初历》不仅是中国第一部有完整文字记载的历法，也是当时世界上最先进的历法，它规定一年等于365.2502日，一月等于29.53086日；将原来以十月为岁首，改为以正月为岁首；开始采用有利于农时的二十四节气，并规定无中气（每月两个节气，月初为节气，后半月的为中气）的月份为闰月；《太初历》还根据天象实测和多年来史官的记录，得出了135个月的日食周期，调整了太阳周天与阴历纪月不相合的矛盾。这是中国历法上一个划时代的进步。从汉武帝太初元年问世以后，这部历法一共行用了189年。
尊经兴学，教化万民
秦汉之际，儒家多难。秦始皇焚书坑儒，汉高祖对儒生溺冠辱骂，这个学派遭到各种贬黜。儒学的复兴，始于文景时期，完成于武帝时代，其间有两大举措：
置“五经博士”在文景时期，儒学共立了《诗》、《书》、《春秋》三经博士。公元前136年，汉武帝趁窦太皇太后病重之机，在中央政府设立了一项新的官职，总称为“五经博士”。
所谓“五经”，是经典儒学六艺中的《诗》、《书》、《礼》、《易》和《春秋》五种学术。博士，本是秦官的一种，为太常治下属官，“掌通古今，秩比六百石，员多至数十人”，实际职责是在国事决策过程里充当顾问的角色。顾名思义，五经博士就是专门整理五经的博士官。这个官职的设立，历来被学者们看做儒学发展史的一座里程碑，是汉武帝“罢黜百家，独尊儒术”的重要标志之一。
五经博士的设立应该与当时文化的繁荣有直接的关系。经济的发达必然促进文化的昌明，这是人类社会演进的客观规律。
兴办太学，推广郡学由政府面向广大国民办教育，始于汉武帝。公元前130年，董仲舒建议改革太学的教学内容，专用儒经，“诸不在六艺之科、孔子之术者，皆绝其道”，非儒经不得立为博士。
汉武帝采纳了董仲舒的建议。公元前124年6月，汉武帝根据御史大夫公孙弘的奏议，向天下郡国颁布《劝学兴礼诏》，为五经博士招收弟子，兴办了太学。太学是中国古代的最高学府，完全用儒家五经为课程，教师聘请儒学博士担任，办学事宜全由丞相公孙弘主持。
此事是导致公孙弘由太常封侯而跻身相位的直接原因。从此，西汉确立了从全国察选博士弟子的制度。最初，太学中选博士弟子员额共50名，五经每经平均有弟子10人。这样，博士弟子终于有了吃皇粮的编制定额，并且特许免其赋役。由天下郡国察选年龄在18岁以上，仪表端正者，送太常，得以从博士受业如弟子。补博士弟子者，从师读经一年后参加考试，凡能通一经以上，补文学掌故之缺，其高第者，可以直接至郎中。如有“秀才异等”，才能超群者，上报。凡不能通过考试，无才能者，罢遣归乡。凡是才质优异的博士弟子者，按考试成绩的等次补官。
太学的设置首开了中国历史上“学而优则仕”的正规途径，适应了国家培养官吏的需要，所以发展很快，到了西汉末年，博士弟子就已经达到一万人。
武帝还推广文翁的经验，“令天下郡国皆立学校官”。汉武帝大力推行儒学教育，他在长安兴办太学，用儒家经典教育官僚、地主子弟，同时，还命令各郡国建立学校，讲习儒家经书。
太学和郡国学主要是培养封建官僚的，但在传播文化方面，也起到了重要作用。
在中国古代帝王中，办教育热情之高、成绩之大，汉武帝当数第一人。他的一系列兴教举措，在中国和世界教育发展史上，皆属划时代的大事，具有深远的影响。
抑制豪强，稳定编户
汉武帝初期，土地兼并加剧，豪强地主巧取豪夺的手段也变本加厉，他们虽然不像诸侯王那样举兵反叛，但也严重地削弱了君主专制主义中央集权统治。对此，武帝自然也不能容忍。因此，抑制豪强地主的发展，扶持小农的经济地位，稳定在籍编户之民的人口数，无论是对保证汉廷赋役来源，还是对巩固统治秩序，都有重要意义。为此，汉武帝在不改变赋役制度的条件下，利用专制皇权的政治力量，对豪强地主经济的发展加以打击和抑制。
迁徙豪强，强干弱枝公元前127年，汉武帝下令将郡国豪杰及资产在300万以上者，通通迁徙茂陵。在迁徙豪族问题上，武帝与高祖不同：高祖是为了从政治上打击六国旧贵族；武帝则主要是以皇室之兼并对付豪强之兼并，从经济上打击大搞土地兼并的新兴暴发户，达到“强干弱枝”的目的。公元前139年，武帝开始为自己修建茂陵，翌年便有一批人徙居茂陵陵邑，武帝下令，赐他们每户钱二十万，田二顷。
元朔二年这次仅是第一次的行动，此后又有两次颇具规模的行动。一次是在公元前118年，徙天下“奸猾吏民”于边地。“奸猾吏民”的概念很宽泛，像贪官污吏、巨富、游侠之类，都可以列入“奸猾”之列。
另一次是在公元前96年，又徙郡国“吏民豪杰”一万六千户于茂陵、云阳（今陕西淳化西北）。被徙者的田宅是带不走的，但是否可以变卖掉，还是像秦朝那样被充公，史书上没有明文记载。不过，对于这些迁入茂陵邑的，武帝还是会大施“天子之恩德”，每户赐钱二十万、田二顷，似是一种补偿，如此说来，他们原先的田宅也应被收归国有。
严刑峻法，任用酷吏汉武帝非常重视以刑法手段处理各种社会矛盾。对于那些横行郡国、作奸犯科的豪强，汉武帝当然要拿出铁腕的手段，于是他选任了一些酷吏，对前者予以严厉镇压。这些酷吏以酷刑峻法为统治工具，以不畏强权、凶狠残暴着称。汉武帝时代的着名酷吏有宁成、周阳由、赵禹、张汤、义纵、王温舒等。他们在汉武帝的支持下，打压豪强、抑制商贾、惩治贵戚奸吏，沉重打击了这些人的嚣张气焰，在一定程度上稳定了封建秩序，维护了封建国家的根本利益。但是酷吏们的严刑峻法和残酷杀戮，也使各阶层的人们特别是普通百姓遭受到了意想不到的灾难，无辜被杀，冤狱横生，社会不宁，甚至会出现“法令滋章，盗贼多有”、“吏民益轻犯法，盗贼滋起”的局面。
关都尉宁成是当时颇负盛名的酷吏之一，但他家境殷实富有，有粮田千余顷，尽数租佃给贫民，共有雇农数千家。他被罢官居家时，“其使民，威重于郡守”。因此，宁成是一个本质上实属豪强的酷吏。即使这样，他也为义纵担任南阳太守而感到胆寒，当义纵出关赴任时，宁成极为惊恐，对义纵毕恭毕敬，亲迎亲送。义纵洞悉宁成用意，却不为所动，决心对他予以打击。义纵抵达南阳上任后，马上着手查办宁成家族劣迹，不仅“破碎其家”，而且追根究底，将宁成治罪。南阳还有孔氏、暴氏等豪强，见义纵对宁成都不留情面，吓得举家逃匿他郡。南阳郡吏民皆畏服义纵。
那时汉朝已对匈奴展开大规模反击，大军远征，多次由定襄郡出塞。而定襄郡吏治败坏，境内秩序混乱，直接影响到反击匈奴的军事行动。为保证对匈奴战争的胜利，汉武帝特调义纵任定襄郡太守。义纵一到任，便以杀立威，先把狱中重罪者两百余人定为死罪，又把私自探狱的囚犯亲属两百余人抓起，逼迫他们供认为死罪囚犯解脱桎梏，也定成死罪，最后把这四百余人在同一天全部斩杀。全郡人闻讯莫不胆战心惊、不寒而栗，定襄郡很快得到治理。
汉武帝变更币值，将铸币权由私人手中收归中央后，各地盗铸钱者甚多，京师地区，盗铸者尤其猖獗。为刹住盗铸之风，保护汉政府财政收入，公元前119年，汉武帝又把义纵与另一个酷吏王温舒调回京师，义纵任右内史，王温舒为中尉，督察京畿地区。由于这时社会阶级矛盾激化，盗铸者成分复杂，尽管义纵到任后大加捕杀，却不能彻底遏止盗铸之风，盗铸之事仍时有发生。
公元前117年，汉武帝由鼎湖至甘泉宫，见沿途驰道久未修整，有所损坏，开始对义纵不满。这年冬季，大臣杨可奉旨主持告缗事务，义纵认为这会扰乱民生民心，未请示汉武帝，便派人把杨可的部下抓了一大批。此事传到汉武帝那里，汉武帝大怒，命令逮捕义纵，并遣大臣杜式严查，最终定义纵为破坏执行诏令之罪，将其诛杀。
义纵为官多年，在汉武帝的支持下，曾枉杀了不少无辜百姓，但他卓有成效地打击了豪强地主的嚣张气焰，在一定程度上稳定了封建秩序，维护了封建国家的根本利益。所以，司马迁也充分肯定了他和郅都等“酷吏”的政绩，并誉他们为“虽惨酷，斯称其位”者。
调整政策，复兴经济
汉武帝建立了前所未有的功业，但也耗费了大量的人力、物力、财力。由于军政费用开支浩大，再加上汉武帝个人好大喜功和穷奢极欲的生活，造成了严重的财政危机。如何解决这一危机呢？汉武帝调整了经济政策，一方面坚持以农为本的既定国策；一方面又加强对国家经济的宏观调节和控制，发展国有工商矿业以繁荣经济。
农业上，代田轮耕，兴修水利尚本重农是战国以来各国君主富国强兵的施政方针，但大都只是通过政策法令推行。而汉武帝刘彻更关注改进生产技术和生产条件，他通过铁官把先进的冶铁、铸铁技术向全国推广，促使先进的铁制农具广泛地应用到农业生产中，推动了农业生产的发展。他特别注重水利工程的建设，注意农作物优良品种选育，也非常注重畜牧业的发展。总之，汉武帝时代的综合社会生产力得到了很大的提高。
第一，推广先进的生产工具和生产技术。生产工具是生产力的重要因素之一，生产工具是生产力发展的客观尺度，是人类改造自然能力的物质标志，它的发展反映了生产力发展的水平。旧的工具被淘汰、新的工具诞生，实质上是古代生产力进步的具体表现。
在西汉前期，牛耕已在黄河流域逐渐盛行起来，主要是用二牛抬杠的形式。也存在用马耕地的现象，自汉文帝实行“马复令”以后，养马的人很多，马的数量迅速增加。到汉武帝即位时，“众庶街巷有马，阡陌之间成群”，可见，以马耕田是一个普遍现象。
西汉时期，铁制农具的制作与使用比较广泛。在人们的传统观念中，农业生产是和铁农具连在一起的。《盐铁论·水旱》曰：“农，天下之大业也；铁器，民之大用也。”就说明了这个问题。
到汉武帝时代，铁农具的使用已相当普及，冶铁业归国家垄断，铁器的推广更为迅速，不但中原地区普遍使用铁器，而且推广到边疆少数民族地区，铁制农具的种类也增多了。仅铁犁中，就有铁口犁铧、尖锋双翼犁铧、舌状梯形犁铧，还有大型的犁铧。特别是铁犁壁的发明是耕犁改革中的一个重大发展，没有犁壁就起不到碎土、松土、起垅作亩的作用。
另外，汉武帝还特别注重农业生产技术与生产工具的发明和改进。公元前89年，汉武帝以赵过为搜粟都尉，主管农业生产，推行“代田法”，并进行农具革新，促进了当时旱作地区的农业生产。
第二，兴修水利，大力发展灌溉事业。水利是农业的命脉，水利工程是发展农业的一个重要基础。汉武帝对水利和农业都非常重视，这体现在两个方面：一是治理水患；二是兴修水利。他特别强调说：“农，天下之本也。泉流灌浸，所以育五谷也。左、右内史地，名山川原甚众，细民未知其利，故为通沟渎，蓄陂泽，所以备旱也。”意思就是说，农业是国家的根本。有水源灌溉才能保证各种农作物的生长。关中平原地区，名山河川很多，应当充分加以利用。老百姓没有充分认识其巨大效益，因此，就要组织他们开挖沟渠，修建陂塘蓄水，可以备水防旱。
汉武帝统治期间是中国历史上水利事业得到较快发展的时期之一。水利建设对这一时期经济的繁荣、政治的稳定以及农业生产的发展，都起到了关键性的作用。当时国家政治、经济重心在关中和西北地区，举办的水利工程也主要集中在这里。关中号称“八百里秦川”，位于黄河中游，泾、渭、洛诸水纵横其间。为发展农业生产和航运交通，汉武帝统治时期先后修建了漕渠、龙首渠、六辅渠、白渠等工程。
水利建设促进了关中地区经济的快速发展。当时关中“于天下三分之一，而人众不过什三，然量其富，什居其六。”水利使这里迅速发展成为当时全国着名的基本经济区。
汉武帝还亲自指挥了一次工程艰巨的黄河堵口工程。公元前132年，黄河在南岸濮阳瓠子决口，河水汹涌南流，夺淮河、泗水入海，使梁、楚之地16个郡（今豫东、鲁西南、皖北和苏北一带）受灾。汉武帝接到灾情报告之后，即命大臣汲黯和郑当时主持堵口。由于水势汹涌，势不可挡，决口刚刚堵好就被冲毁了。当时汉武帝的舅父田中分做丞相，他的封地在黄河北岸，黄河决口南流，使北岸避免了水患的威胁，因此他竭力反对堵口，主张听天由命，顺其自然。汉武帝不了解真情，并为迷信所惑，就此作罢，致使黄河泛滥长达20多年。
公元前109年，汉武帝登泰山封禅，亲临黄河，见洪水滔滔，老百姓流离失所、惨不忍睹，他幡然醒悟。于是，决定派汲仁、郭昌征发数万军民堵塞决口。汉武帝自己亲临堵口现场指挥，并“沉白马玉璧于河”，表示治河的决心。命令随行官员自将军以下都要参加施工劳动。经过艰苦奋战，二十余年的黄河大决口，终于被堵塞了。梁、楚之地被从水患中解脱出来。为纪念这次规模浩大的堵口行动，汉武帝命人在新修的黄河大堤上修建一座宣防宫，并亲自创作了着名的《瓠子歌》二首，记述这次堵口的经过，既发出“我谓河伯兮何不仁，泛滥不止兮愁吾人”的慨叹，又表达了“宣防塞兮万福来”的心愿，希望防范洪水，祈求幸福平安。一时间，这两首歌被广为传颂。司马迁曾亲身经历过瓠子堵口，并身背柴草参加堵口劳动。他“悲《瓠子》之诗而作《河渠书》”，深深地为瓠子堵口的壮观场面和汉武帝《瓠子歌》的悲壮诗句所感动，慨叹道：“甚哉，水之为利害也！”感到水利和水害对于人类发展的影响的确是太大了，于是把水利纳入他的不朽巨着《史记》之中，成为中国第一部水利通史。
汉武帝对这次由他亲自指挥的堵口工程颇为得意，从此更加注重水利建设。这次堵口成功也给全国树立了兴水利、除水害的典范。生动的事实说明水利对于治国安邦的极端重要性。水利受到各级政府官员的普遍重视，因此很快在全国掀起了兴修水利的热潮。汉武帝大规模治水，对中国北部广大地区的农业生产具有重大的进步作用。汉武帝统治期间成为中国历史上一个重要的水利大发展时期。
