汉武帝颁布诏书说：“南越、东瓯都已受到应有的惩罚，而西蛮、北夷尚未平服和睦。朕将巡视边疆，亲自主持武道，设置十二路将军，由我统率。”于是汉武帝离京出巡，自云阳向北，经上郡、西河、五原，出长城，再向北登单于台，直至朔方，来到北河，派使臣郭吉通知匈奴单于说：“南越国王的人头已经悬挂到大汉皇宫的北门阙上。如今单于若是能战，天子亲自率军在边境等候；若是不能战，就应归降大汉，为什么偏要远远地逃避到大沙漠以北，寒冷、困苦而又缺乏水草的地方呢？实在是没意思！”话音一落，单于大怒，立即将引见郭吉的官员斩首，同时扣留郭吉，将他迁徙到北海之畔。但此时匈奴也已丧失斗志，始终未敢出战。于是，汉武帝起驾回朝，在桥山祭黄帝陵，行至须如，将征调的兵卒遣散。汉武帝问道：“我听说黄帝长生不老，可如今有他的陵墓，这是为什么呢？”公孙卿回答说：“黄帝成仙升天以后，群臣相念于他，所以建陵将他的衣冠埋葬。”汉武帝叹道：“我将来升天后，群臣也会把我的衣冠葬在东陵吗？”回到甘泉宫，祭祀太一神。
汉武帝因卜式不善文辞，将其降为太子太傅，命宽代替卜式作御史大夫。
汉军进入东越国境，东越王早已派兵占据了险要地带，并命徇北将军镇守武林。杨仆部下士兵钱塘人辕终古将徇北将军斩杀。原东越衍侯吴阳率当地武装七百人背叛东越王，在汉阳进攻东越军队。名叫敖的东越建成侯与繇王骆居股杀死东越王骆馀善，率众归降。汉武帝封辕终古为御侯，吴阳为卯石侯，骆居股为东成侯，敖为开陵侯；又封横海将军韩说为按道侯，横海校尉福为缭侯，东越降将多军为无锡侯。汉武帝因闽越地区地势险恶，其人反覆无常，多次与汉朝为敌，终究是后世祸患，于是诏命各路将领将当地人全部迁到长江、淮河一带，于是闽越地区成为荒无人烟的地方。
春季，正月，汉武帝出巡至缑氏城，祭祀于中岳太室，随从官员在山下似乎听到有声音连呼三次“万岁”。汉武帝命令主管祭祀的官员扩建太室祭祠，禁止砍伐山上草木，又将山下三百户百姓作为供奉太室的奉邑。
汉武帝东巡大海，祭祀八位神仙。齐人上书陈述神怪之事和奇异方术的数以万计，于是汉武帝增派船只，命声称海中有仙山的数千人出海寻找蓬莱神仙。公孙卿常携带天子符节，先行前往名山等候神仙驾临，行至东莱，声称：“夜中见一巨人，身高数丈，凑上前去，却又看不见了，所留脚印甚为巨大，类似禽兽的蹄迹。”群臣中又有人说道：“看到一位老翁，手中牵着一条狗，说：‘我想见天子。
