Năm 141 TCN, Hán Cảnh Đế băng hà, con trai Lưu Triệt lên ngôi, lấy niên hiệu là Hán Vũ Đế. Vị vua mười sáu tuổi thông minh và mạnh mẽ, luôn thích liều mạng trong những cuộc săn lớn. Hàn Vũ Đế kéo dài thời thịnh vượng của Hán triều. Hán Vũ Đế bắt đầu thời cai trị của mình bằng một nỗ lực không can thiệp vào thương mại và các cơ hội kinh tế, điều này cho phép kinh tế tư nhân phát triển. Ông vẫn giữ các vị quan dân sự dưới sự quản lý chặt chẽ và trừng phạt sự bất tuân nhỏ nhất cũng như sự không trung thành. Ông kết thúc sự thỏa hiệp của Hán Cảnh Đế bằng một cuộc chiến quý tộc chống lại các hoàng tử có ảnh hưởng nhất của Trung Quốc, và ở tầm địa phương ông trao nhiều quyền lực cho các vị quan đại diện của mình.
Hán Vũ Đế thay đổi luật thừa kế. Thay vì việc đất đai gia đình rơi vào tay người con trai cả, ông trao cho mọi người con trong gia đình phần chia bằng nhau đối với đất đai của ông cha, điều này phá vỡ các khoảnh đất lớn thành cách mảnh nhỏ. Và vào năm 138 TCN, Hán Vũ Đế tiến hành cuộc thám hiểm được biết đến lần đầu tiên của Trung Quốc, khi Trương Khiên đến Tây Á, phía tây của Đại Hạ để thiết lập quan hệ với Quý Sương (Kushan) và Nguyệt Chi (Yuzhi).
Nhờ nền kinh tế thịnh vượng, Trung Quốc có nhiều khả năng hơn để chi phí chiến tranh. Hán Vũ đế tin rằng ông đủ mạnh để không cần phải cống nạp cho Hung nô, vốn bắt đầu từ thời Lưu Bang nữa. Ông lo ngại rằng Hung nô có thể phái quân vào thảo nguyên miền bắc dân cư thưa thớt của Trung Quốc hay họ có thể lập thành liên minh với người Tạng, và ông muốn lập nên một con đường thương mại nhằm buôn bán với vùng Trung Á bảo đảm được an toàn. Vì thế Hán Vũ đế mở nhiều chiến dịch quân sự. Chúng được các tướng của ông ta chỉ huy, nhưng chúng lại mang lại cho Hán Vũ đế sự công nhận như là một vị vua mạnh mẽ và can đảm.
Việc Hán Vũ đế quay sang chống lại Hung Nô làm tốn nhiều nhân lực nhưng nó giúp đẩy lùi Hung nô ra khỏi biên giới phía bắc Trung Quốc. Có lẽ khoảng hai triệu người Trung Quốc đã di cư đến các vùng mới chinh phục được và Hán Vũ đế thành lập các thuộc địa ở đó với các binh sỹ và nhân viên dân sự của mình. Những người Hung Nô bị bắt phải chuyển sang làm nghề trồng trọt, công nhân xây dựng và lao động tại các trang trại. Một số trong số họ gia nhập quân đội Trung Quốc, gia đình của họ bị bắt buộc phải ở tại nơi cũ làm con tin để đảm bảo họ không phản bội.
Cuộc chiến chống lại Hung nô khuyến khích việc khai phá xa hơn về phía tây. Sau 13 năm vắng mặt và 10 bị Hung nô bắt giữ, nhà thám hiểm Trương Khiên quay trở về triều đình Hán Vũ đế và mang theo miêu tả đáng tin cậy đầu tiên về Trung Á. Hán Vũ đế ra lệnh cho Trương Khiên và tay chân quay trở lại Trung Á, và họ đã thu thập thông tin về Ấn Độ và Ba Tư và khám phá các vùng đất trồng trọt màu mỡ ở Bactria. Các cuộc thám hiểm đó, và sự thắng lợi của Trung Quốc trước Hung nô mang lại một sự trao đổi sứ thần thường xuyên giữa Trung Quốc và các nước phía tây, và nó mở ra cho Trung Quốc con đường thương mại dài 4.000 dặm sau này sẽ được biết đến với cái tên Con đường tơ lụa. Trung Quốc bắt đầu nhập khẩu các ngũ cốc và ngựa tốt, họ cũng bắt đầu trồng cỏ đinh lăng và nho. Hán Vũ đế biết thêm nhiều về nguồn gốc của những hàng hóa mà Trung Quốc nhập khẩu. Để kiếm thêm lợi nhuận, ông yêu cầu các nước lân cận trả thuế cho mình để được phép bán hàng cho người dân Trung Quốc, và tiến hành các chiến dịch quân sự nhằm buộc họ phải làm thế.
Cùng thời điểm, Hán Vũ đế gửi quân đội của mình tới phía bắc và phía nam. Năm 108 TCN vì muốn kiểm soát vùng đông bắc, Hán Vũ đế chinh phục một vương quốc đang ở thời đồ sắt phía bắc Triều Tiên, vương quốc Cổ Triều Tiên. Đây là một vương quốc tồn tại cùng mức với nhiều tiểu quốc tại Trung Quốc trước khi chúng thống nhất với nhau năm 221 TCN, và nó cũng có nhiều người tị nạn Trung Quốc chạy đến từ những thế kỷ trước. Ở phía nam, quân đội của Hán Vũ đế chinh phục lại những đất đai mà Trung Quốc đã mất trong cuộc nội chiến đưa nhà Hán lên ngôi, gồm cả thành phố cảng Quảng Châu. Những người di cư Trung Quốc theo chân quân đội.
Các cuộc chiến mở mang đất đai của Hán Vũ đế và việc cung cấp cho một quân đội chiếm đóng đông đảo là một gánh nặng cho kinh tế Trung Quốc. Chúng lớn hơn nhiều nhưng lợi ích thu lại được từ việc tăng trưởng thương mại theo sau các cuộc chinh phục. Nhập khẩu góp phần thỏa mãn nhu cầu của người giàu hơn là góp phần tăng sinh khí cho kinh tế Trung Quốc. Các quan chức triều đình theo phái Pháp gia thậm chí làm mọi việc trở nên tồi tệ hơn. Họ rất thù địch với những thương nhân, và họ vận động việc triều đình quản lý kinh tế. Dưới ảnh hưởng của họ, triều đình đánh thuế mới trên các tàu và xe buôn bán hai loại hàng mang lại nhiều lợi nhuận nhất trong công nghiệp của Trung Quốc đó là muối và sắt. Và với việc triều đình ngày càng can thiệp sâu, kinh tế suy yếu.
Tích tụ ruộng đất đã từng làm thay đổi nông nghiệp của đế quốc La Mã giờ đây cũng làm thay đổi nông nghiệp Trung Quốc, ngoại trừ việc dân số vùng nông thôn Trung Quốc đã tăng lên. Với việc ruộng đất của người giàu ngày càng tăng và nông dân cũng tăng, một sự thiếu hụt đất đai xuất hiện. Quan liêu tiểu quý tộc tìm cách ngăn chặn sự bấp bênh bằng cách mua đất và thường lợi dụng ưu thế của mình để làm việc đó, và thông thường họ có thể miễn trừ thuế cho đất đai của mình. Những người dân thường phải chịu phần thuế nặng hơn, dẫn tới kết quả là họ phải vay mượn nhiều hơn - với lãi rất nặng. Khả năng sản xuất nông nghiệp giảm sút. Nhiều nông dân bị đuổi đi hay bị buộc phải rời bỏ đất đai, làm cho tiểu quý tộc càng có nhiều đất hơn. Một số nông dân rời ruộng đất để làm nghề ăn cướp, và một số nông dân bắt buộc phải bán con làm nô lệ.
Chế độ bắt lính và bắt lao động cũng làm tăng sự bất mãn của nông dân. Học giả nổi tiếng Trung Quốc Đổng Trọng Thư, bất bình trước cảnh tuyệt vọng của người dân và ông đã bày tỏ những lo lắng về tình trạng suy tàn của xã hội. Ông phàn nàn về sự mở rộng to lớn của những vùng đất của người giàu trong khi người nghèo không có chỗ đứng chân. Ông phàn nàn rằng những người canh tác trên đất của người khác phải mất năm mươi phần trăm thu hoạch cho chủ đất. Đổng Trọng Thư công nhận sự bất mãn đối mặt với những người nông dân không thể có tiền để mua công cụ bằng sắt, những người phải trồng cấy bằng dụng cụ gỗ và phải nhổ cỏ bằng tay. Ông phàn nàn rằng người dân thường phải bán mùa màng của mình khi giá thấp và sau đó lại phải vay tiền vào mùa xuân để bắt đầu gieo hạt khi mức lãi rất cao. Và ông phàn nàn về việc hàng nghìn người bị giết hàng năm vì tội ăn cướp. Đổng Trọng Thư đề nghị Hán Vũ đế một phương thuốc chữa khủng hoảng kinh tế: giảm thuế đánh vào người nghèo và giảm số nhân công bắt buộc mà người dân phải thực hiện cho nhà nước; bãi bỏ độc quyền nhà nước về muối và sắt; và cải thiện phân phối đất đai bằng cách hạn chế số đất sở hữu của mọi gia đình. Không một đề xuất nào của Đổng Trọng Thư được thi hành. Hán Vũ đế muốn nông dân được phồn thịnh nhưng ông quá bị ảnh hưởng bởi bọn quý tộc nhỏ quan liêu - những người cai trị địa phương ở mọi cấp. Cuộc vận động cải cách do những người theo Khổng giáo đề xuất nhưng những quý tộc Khổng giáo lại không chống lại quyền lợi kinh tế của mình. Sự trả lời quan trọng duy nhất của Hán Vũ đế cho sút giảm kinh tế là đánh thuế cao hơn vào người giàu và gửi điệp viên đi khám phá các vụ trốn thuế. Ông không muốn phân phối lại đất đai, không muốn tấn công những chủ đất giàu có, tin rằng ông cần sự hợp tác của họ để có tiền chi cho các chiến dịch quân sự.
Năm 87 TCN, tháng hai, Hán Vũ Đế lâm bệnh nặng. Trước lúc chết, ông hạ chiếu phó thác việc nước cho các trọng thần: Hoắc Quang làm Đại tư mã, Đại tướng quân Kim Nhật Đê làm Xa Kị tướng quân, thái phó Thượng Quan Kiệt làm Tả tướng quân, đô úy Tang Hoằng Dương làm Ngự sử đại phu.
Ngày hôm sau, Hán Vũ Đế qua đời ở Ngũ Tạc cung, hưởng thọ 70 tuổi, được tôn miếu hiệu là Thế Tông, thụy hiệu là Hiếu Vũ Hoàng đế. Ông là vị quân vương ở ngôi lâu nhất và thọ nhất nhà Tây Hán. Hán Vũ Đế băng, Thái tử Lưu Phất Lăng lên ngôi, tức là Hán Chiêu Đế. Tân đế mới tuổi còn nhỏ, được Đại Tư Mã Hoắc Quang giúp sức, tiếp tục sự phồn thịnh của nhà Tây Hán qua 2 đời Hán Chiêu Đế (87 TCN - 74 TCN), Hán Tuyên Đế (74 TCN - 49 TCN).
Hán Vũ Đế thay đổi luật thừa kế. Thay vì việc đất đai gia đình rơi vào tay người con trai cả, ông trao cho mọi người con trong gia đình phần chia bằng nhau đối với đất đai của ông cha, điều này phá vỡ các khoảnh đất lớn thành cách mảnh nhỏ. Và vào năm 138 TCN, Hán Vũ Đế tiến hành cuộc thám hiểm được biết đến lần đầu tiên của Trung Quốc, khi Trương Khiên đến Tây Á, phía tây của Đại Hạ để thiết lập quan hệ với Quý Sương (Kushan) và Nguyệt Chi (Yuzhi).
Nhờ nền kinh tế thịnh vượng, Trung Quốc có nhiều khả năng hơn để chi phí chiến tranh. Hán Vũ đế tin rằng ông đủ mạnh để không cần phải cống nạp cho Hung nô, vốn bắt đầu từ thời Lưu Bang nữa. Ông lo ngại rằng Hung nô có thể phái quân vào thảo nguyên miền bắc dân cư thưa thớt của Trung Quốc hay họ có thể lập thành liên minh với người Tạng, và ông muốn lập nên một con đường thương mại nhằm buôn bán với vùng Trung Á bảo đảm được an toàn. Vì thế Hán Vũ đế mở nhiều chiến dịch quân sự. Chúng được các tướng của ông ta chỉ huy, nhưng chúng lại mang lại cho Hán Vũ đế sự công nhận như là một vị vua mạnh mẽ và can đảm.
Việc Hán Vũ đế quay sang chống lại Hung Nô làm tốn nhiều nhân lực nhưng nó giúp đẩy lùi Hung nô ra khỏi biên giới phía bắc Trung Quốc. Có lẽ khoảng hai triệu người Trung Quốc đã di cư đến các vùng mới chinh phục được và Hán Vũ đế thành lập các thuộc địa ở đó với các binh sỹ và nhân viên dân sự của mình. Những người Hung Nô bị bắt phải chuyển sang làm nghề trồng trọt, công nhân xây dựng và lao động tại các trang trại. Một số trong số họ gia nhập quân đội Trung Quốc, gia đình của họ bị bắt buộc phải ở tại nơi cũ làm con tin để đảm bảo họ không phản bội.
Cuộc chiến chống lại Hung nô khuyến khích việc khai phá xa hơn về phía tây. Sau 13 năm vắng mặt và 10 bị Hung nô bắt giữ, nhà thám hiểm Trương Khiên quay trở về triều đình Hán Vũ đế và mang theo miêu tả đáng tin cậy đầu tiên về Trung Á. Hán Vũ đế ra lệnh cho Trương Khiên và tay chân quay trở lại Trung Á, và họ đã thu thập thông tin về Ấn Độ và Ba Tư và khám phá các vùng đất trồng trọt màu mỡ ở Bactria. Các cuộc thám hiểm đó, và sự thắng lợi của Trung Quốc trước Hung nô mang lại một sự trao đổi sứ thần thường xuyên giữa Trung Quốc và các nước phía tây, và nó mở ra cho Trung Quốc con đường thương mại dài 4.000 dặm sau này sẽ được biết đến với cái tên Con đường tơ lụa. Trung Quốc bắt đầu nhập khẩu các ngũ cốc và ngựa tốt, họ cũng bắt đầu trồng cỏ đinh lăng và nho. Hán Vũ đế biết thêm nhiều về nguồn gốc của những hàng hóa mà Trung Quốc nhập khẩu. Để kiếm thêm lợi nhuận, ông yêu cầu các nước lân cận trả thuế cho mình để được phép bán hàng cho người dân Trung Quốc, và tiến hành các chiến dịch quân sự nhằm buộc họ phải làm thế.
Cùng thời điểm, Hán Vũ đế gửi quân đội của mình tới phía bắc và phía nam. Năm 108 TCN vì muốn kiểm soát vùng đông bắc, Hán Vũ đế chinh phục một vương quốc đang ở thời đồ sắt phía bắc Triều Tiên, vương quốc Cổ Triều Tiên. Đây là một vương quốc tồn tại cùng mức với nhiều tiểu quốc tại Trung Quốc trước khi chúng thống nhất với nhau năm 221 TCN, và nó cũng có nhiều người tị nạn Trung Quốc chạy đến từ những thế kỷ trước. Ở phía nam, quân đội của Hán Vũ đế chinh phục lại những đất đai mà Trung Quốc đã mất trong cuộc nội chiến đưa nhà Hán lên ngôi, gồm cả thành phố cảng Quảng Châu. Những người di cư Trung Quốc theo chân quân đội.
Các cuộc chiến mở mang đất đai của Hán Vũ đế và việc cung cấp cho một quân đội chiếm đóng đông đảo là một gánh nặng cho kinh tế Trung Quốc. Chúng lớn hơn nhiều nhưng lợi ích thu lại được từ việc tăng trưởng thương mại theo sau các cuộc chinh phục. Nhập khẩu góp phần thỏa mãn nhu cầu của người giàu hơn là góp phần tăng sinh khí cho kinh tế Trung Quốc. Các quan chức triều đình theo phái Pháp gia thậm chí làm mọi việc trở nên tồi tệ hơn. Họ rất thù địch với những thương nhân, và họ vận động việc triều đình quản lý kinh tế. Dưới ảnh hưởng của họ, triều đình đánh thuế mới trên các tàu và xe buôn bán hai loại hàng mang lại nhiều lợi nhuận nhất trong công nghiệp của Trung Quốc đó là muối và sắt. Và với việc triều đình ngày càng can thiệp sâu, kinh tế suy yếu.
Tích tụ ruộng đất đã từng làm thay đổi nông nghiệp của đế quốc La Mã giờ đây cũng làm thay đổi nông nghiệp Trung Quốc, ngoại trừ việc dân số vùng nông thôn Trung Quốc đã tăng lên. Với việc ruộng đất của người giàu ngày càng tăng và nông dân cũng tăng, một sự thiếu hụt đất đai xuất hiện. Quan liêu tiểu quý tộc tìm cách ngăn chặn sự bấp bênh bằng cách mua đất và thường lợi dụng ưu thế của mình để làm việc đó, và thông thường họ có thể miễn trừ thuế cho đất đai của mình. Những người dân thường phải chịu phần thuế nặng hơn, dẫn tới kết quả là họ phải vay mượn nhiều hơn - với lãi rất nặng. Khả năng sản xuất nông nghiệp giảm sút. Nhiều nông dân bị đuổi đi hay bị buộc phải rời bỏ đất đai, làm cho tiểu quý tộc càng có nhiều đất hơn. Một số nông dân rời ruộng đất để làm nghề ăn cướp, và một số nông dân bắt buộc phải bán con làm nô lệ.
Chế độ bắt lính và bắt lao động cũng làm tăng sự bất mãn của nông dân. Học giả nổi tiếng Trung Quốc Đổng Trọng Thư, bất bình trước cảnh tuyệt vọng của người dân và ông đã bày tỏ những lo lắng về tình trạng suy tàn của xã hội. Ông phàn nàn về sự mở rộng to lớn của những vùng đất của người giàu trong khi người nghèo không có chỗ đứng chân. Ông phàn nàn rằng những người canh tác trên đất của người khác phải mất năm mươi phần trăm thu hoạch cho chủ đất. Đổng Trọng Thư công nhận sự bất mãn đối mặt với những người nông dân không thể có tiền để mua công cụ bằng sắt, những người phải trồng cấy bằng dụng cụ gỗ và phải nhổ cỏ bằng tay. Ông phàn nàn rằng người dân thường phải bán mùa màng của mình khi giá thấp và sau đó lại phải vay tiền vào mùa xuân để bắt đầu gieo hạt khi mức lãi rất cao. Và ông phàn nàn về việc hàng nghìn người bị giết hàng năm vì tội ăn cướp. Đổng Trọng Thư đề nghị Hán Vũ đế một phương thuốc chữa khủng hoảng kinh tế: giảm thuế đánh vào người nghèo và giảm số nhân công bắt buộc mà người dân phải thực hiện cho nhà nước; bãi bỏ độc quyền nhà nước về muối và sắt; và cải thiện phân phối đất đai bằng cách hạn chế số đất sở hữu của mọi gia đình. Không một đề xuất nào của Đổng Trọng Thư được thi hành. Hán Vũ đế muốn nông dân được phồn thịnh nhưng ông quá bị ảnh hưởng bởi bọn quý tộc nhỏ quan liêu - những người cai trị địa phương ở mọi cấp. Cuộc vận động cải cách do những người theo Khổng giáo đề xuất nhưng những quý tộc Khổng giáo lại không chống lại quyền lợi kinh tế của mình. Sự trả lời quan trọng duy nhất của Hán Vũ đế cho sút giảm kinh tế là đánh thuế cao hơn vào người giàu và gửi điệp viên đi khám phá các vụ trốn thuế. Ông không muốn phân phối lại đất đai, không muốn tấn công những chủ đất giàu có, tin rằng ông cần sự hợp tác của họ để có tiền chi cho các chiến dịch quân sự.
Năm 87 TCN, tháng hai, Hán Vũ Đế lâm bệnh nặng. Trước lúc chết, ông hạ chiếu phó thác việc nước cho các trọng thần: Hoắc Quang làm Đại tư mã, Đại tướng quân Kim Nhật Đê làm Xa Kị tướng quân, thái phó Thượng Quan Kiệt làm Tả tướng quân, đô úy Tang Hoằng Dương làm Ngự sử đại phu.
Ngày hôm sau, Hán Vũ Đế qua đời ở Ngũ Tạc cung, hưởng thọ 70 tuổi, được tôn miếu hiệu là Thế Tông, thụy hiệu là Hiếu Vũ Hoàng đế. Ông là vị quân vương ở ngôi lâu nhất và thọ nhất nhà Tây Hán. Hán Vũ Đế băng, Thái tử Lưu Phất Lăng lên ngôi, tức là Hán Chiêu Đế. Tân đế mới tuổi còn nhỏ, được Đại Tư Mã Hoắc Quang giúp sức, tiếp tục sự phồn thịnh của nhà Tây Hán qua 2 đời Hán Chiêu Đế (87 TCN - 74 TCN), Hán Tuyên Đế (74 TCN - 49 TCN).
