刘彻是一位开明的帝王，在政治上采取了非常果断的决策，设立了中朝，成功地加强了中央集权，也成为了历代帝王学习的榜样。在军事上成功的抗击匈奴，保卫汉朝边境的安危，并且继续出使西域，加强了中外关系的友好往来。在经济上一改秦国的法度，重新制定一系列的经济措施，也取得了非常好的成就。在文化上开始改变秦国法家思想，提倡独尊儒术，但是在刘彻执政年间，儒学并没有得到很明显的发展。
刘彻在治国中取得了前所未有的成功，晚年的刘彻却开始穷兵黩武，大肆进行军事作战。并且发动了巫蛊之乱，最终逼死了太子刘据，连皇后卫子夫也为了自己和太子的声誉，被迫自杀死亡，这也成为了汉朝由盛转衰的重要原因。公元前92年，刘彻住在建章宫，看到一个男子带剑进入中龙华门，怀疑是不寻常的人，便下令命捕捉刺客。该男子弃剑逃跑，侍卫们追赶，未能擒获。汉武帝大怒，将掌管宫门出入的门候处死。
巫蛊事件开始出现了，丞相公孙贺的儿子公孙敬声擅自动用军费1900万钱，事败后被捕下狱。汉武帝下诏通缉阳陵大侠朱安世，公孙贺为赎儿子之罪，将朱安世捕获移送朝廷。不料朱安世在狱中上书，称公孙敬声与阳石公主私通，在驰道上埋藏木人以诅咒皇帝。汉武帝大怒，公孙贺父子死狱中，满门抄斩。阳石公主、诸邑公主，卫青的儿子长平侯卫伉相继被牵连入内，最终都被杀害了。而宫外左道旁门的奇幻邪术迷惑众人，无所不为。
江充与太子刘据、卫皇后有嫌隙，看见汉武帝年纪已老，害怕汉武帝去世后被刘据诛杀了，早早地定下奸谋，说汉武帝的病是因为有巫术蛊作祟造成的。汉武帝马上就派江充去追查，江充一直搜查太子刘据和卫子夫皇后的住处，把事先准备的木头人拿出来陷害太子刘据。汉武帝晚年想变神仙不成，又因巫蛊之祸造成父子相残、太子刘据自杀，种种打击使汉武帝心灰意冷，汉武帝刘彻对过去的所作所为颇有悔意。
官吏和百姓以巫蛊害人罪相互告发的，经过调查发现很多都是骗人的。汉武帝立即将陷害太子的江充满门抄斩，并且将江充身边的苏文绑在横桥上用火烧死，曾经对太子不敬的人也全部被杀掉。刘彻也意识到自己的错误了，表达出对太子刘据的思念和愧疚，刘彻将小儿子刘弗陵立为太子，交给霍光辅佐。汉武帝立完太子五天后，就驾崩于五柞宫，享年70岁。霍光正式接受汉武帝的遗诏，成为汉昭帝刘弗陵的辅命大臣。
刘彻去世后，谥号孝武皇帝。汉昭帝刘弗陵和宣帝坚持执行武帝晚年制定的与民休息的政策，因而在西汉中期出现了被后世称颂的昭宣中兴局面。，按照“祖有功而宗有德”的标准，开国君主一般是祖，继嗣君主有治国才能者为宗。西汉十四帝历经211年，仅有四位皇帝拥有庙号，即太祖高皇帝刘邦、太宗孝文帝刘恒、世宗孝武帝刘彻、中宗孝宣帝刘询。
