汉景帝刘启死后，汉武帝刘彻于公元前141年继位。这时，西汉王朝已经过七十多年的休养生息，国力已相当强盛，经济繁荣，户口大增。为了进一步巩固统一的封建国家，汉武帝在政治、经济、军事等方面采取了一系列措施，改革制度，加强中央集权，从而使西汉王朝进入到鼎盛时期。
西汉初因久经战乱，经济凋敝，统治集团采用黄老思想作为政治指导思想，实行休养生息政策，以缓和社会矛盾。到武帝即位时，社会经济与政治状况已发生了巨大的变化，原来的黄老“无为无治”思想已不适应加强政治统治的需要。公元前140年，受儒家思想影响的董仲舒向汉武帝上《天人三策》，说：“春秋大一统者，天地之常经，古今之通义也。”他建议不是孔子的儒家学说，都应该废黜，不使流传。他提出的“大一统”思想完全符合统治阶级加强中央集权的政治需要。他的建议得到采纳。于是，“罢黜百家，独尊儒术”。从此以后，以孔孟为正宗的儒家思想便成为西汉及以后历代王朝的统治思想。
汉武帝在长安兴建太学，设置《诗》、《书》、《易》、《礼》、《春秋》五经博士。公元前124年，为博士招收优秀学生，以培养官吏预备人才。此后，攻读五经儒学就成为人们求官入仕的敲门砖。但从封建统治阶级的整个政治思想来说，仍然是儒法并用。在统治术上，是外儒而内法。
汉武帝一方面加强思想控制，另一方面加强中央集权。
西汉的诸侯王，虽经文景时期的打击，但他们仍然占有广大的地区。元朔二年（前127年），汉武帝采纳主父偃的建议，下达推恩令，规定诸侯王可分封其他诸子为侯。这样，大的诸侯王国分裂成许多个小侯国，这些侯国隶属于郡，地位相当于县，借此削弱了诸侯王的势力。并下令诸侯只能“衣食租税，不与政事”。特别是在公元前112年，武帝一次就废除了一百零六个封国，这就从根本上打击了地方割据势力。武帝还限制强宗豪右，毫不留情地诛杀不法豪强。他每年秋天巡行郡国，考察官吏。
汉武帝对官吏选拔制度进行了改革。以前是保举或交钱就可以当官，武帝改为选拔考核、皇帝亲自“征召”和从博士弟子中录取等三种办法选官，这样，使得中小地主和一些知识分子参加到政权中来了。
为了加强皇帝的军权，汉武帝组建羽林军，增设禁卫军，以加强京师的保卫力量，这些禁卫军都由招募而来。这是我国古代募兵制的开始。
由于连年对边境用兵，加之轻徭薄赋，国家财政出现困难，武帝就采取集中财权的办法：一是下令禁止郡国和私人铸钱，各地私钱统一运到京师销毁，由国家统一铸造符合标准重量的五铢钱，作为法定货币，通行全国。二是严禁私人冶铁、煮盐、酿酒，一律改为国家生产专卖。这使国家获得了巨额的财政收入。但是，产品质量低劣，价格昂贵，农民没有得到多少好处。三是实行均输平准。均输就是由国家掌握商业运输，平准就是由国家平衡物价。国家根据市场情况，贵则抛售，贱则购入，使市面物价保持稳定。四是算缗告缗。算缗就是征收财产税。凡商贾、手工业者与高利贷者都必须向政府呈报财产价值，每两千钱即纳税一算(一百二十钱)。算缗令下，商人多隐瞒不报。公元前114年，武帝下告缗令，奖励他人告发，规定以所没收商人财产的一半奖给告发的人。并命杨可主持告缗，结果，“杨可告缗遍天下”，中等以上的商人均因被告而破产。政府“得民财物以亿计，奴婢以千万数。田大县数百顷，小县百余顷。宅亦如之”。
汉武帝的这些措施，使封建国家的经济力量大为加强，史载：“民不益赋而天下用饶。”这为反击匈奴的侵扰提供了坚实的经济基础。
西汉初期的统治者，经历过农民大起义的革命风暴，又有秦朝兴亡的经验教训，自汉高祖至汉武帝，都有较丰富的统治经验。劳动人民在相对安定的环境下一个时期的稳定生产，经过长期的辛勤劳动，社会经济很快恢复和发展起来，出现了我国封建社会空前未有的繁荣局面。
铁制农具已在全国得到推广，牛耕相当普遍，并发明了铁犁壁，这比欧洲的使用时间要早约一千年。在耕作技术上，广大农民已具有施肥、选种、辨土、中耕的丰富经验。搜粟都尉赵过，创造了代田法，实行轮换种植。赵过还改进了播种工具，制作了三足耧车，用一人一牛拉三脚犁启土下种，一天可播种约一百亩。不少地方能精耕细作。汉成帝时撰有《书》，记载了汉代许多农业生产技术。