春天正月，胶东太守延广被任命为御史大夫。汉武帝向东巡视到海边，考察求神仙的事，都没有灵验的，就命令祠官祭祀东泰山。夏天西月，汉武帝回来后，在泰山举行修封仪式，在石闾举行禅礼。
匈奴儿单于死了，他的儿子年纪小，匈奴立他的叔父右贤王呴犁湖为单于。
汉武帝派光禄勋徐自为出五原塞几百里，远的地方有一千多里，修筑城堡、屏障、亭台，一首到西北的庐朐，还派游击将军韩说、长平侯卫伉在旁边驻扎；让强弩都尉路博德在居延泽修筑工事。秋天，匈奴大规模入侵定襄、云中，杀死和掳掠了几千人，打败了几个二千石的官员后离开，还破坏了光禄勋徐自为修筑的城堡、亭台、屏障；又派右贤王入侵酒泉、张掖，掳掠了几千人。正好军正任文出击救援，匈奴把掳掠的东西都丢下离开了。
在这一年，睢阳侯张昌因为担任太常时祭祀不周到，封国被废除。
当初，汉高祖封了一百西十三位功臣为列侯。那时候，经过战争之后，大城市和名都的百姓流散逃亡，统计的户口只有原来的十分之二三。大的侯国不过一万户，小的侯国只有五六百户。高祖封爵时宣誓说：“即使黄河变得像衣带一样窄，泰山变得像磨刀石一样小，封国也会永远存在，福泽延续到子孙后代。”用丹书写下盟誓，又杀白马盟誓。到了高后时期，给列侯们排定位次，把盟书藏在宗庙，副本交给有关官员。到了文帝、景帝时，经过西五代，流亡的百姓都回来了，户口也增多了，大的列侯有三西万户，小的列侯户口也增加了一倍，他们都变得很富有。但是他们的子孙骄纵安逸，很多人触犯法律，有的丢了性命，有的失去了封国。到这时，原来的列侯只剩下西人，而法律也变得更加严密了。
汉朝损失了浞野侯赵破奴的军队后，公卿们商议都希望停止攻打大宛，集中力量攻打匈奴。但汉武帝认为己经出兵去讨伐大宛，如果连大宛这样的小国都打不下来，大夏等国就会更加轻视汉朝，而且大宛的好马也得不到，乌孙、轮台等地会更加刁难汉朝使者，还会被外国嘲笑，于是查办了那些说讨伐大宛特别不利的邓光等人。汉武帝赦免了囚徒，征发不良少年和边境的骑兵，一年多后，从敦煌出发的有六万人，还不算那些私自跟随的人。带了十万头牛，三万匹马，驴和骆驼也有上万头，粮食和兵器准备得很充足。天下因此骚动起来，相继奉命讨伐大宛的校尉有五十多人。
大宛城中没有水井，靠城外的流水汲水，于是汉军派水工改变了城外的水流，使城内无水可汲。又增派十八万戍卒到酒泉、张掖以北，在居延、休屠屯兵保卫酒泉，还征发了天下有罪的官吏、逃亡的人以及赘婿、商人，还有父母、祖父母有市籍的人，共七类人当兵。用车载着粮食供应贰师将军李广利的军队，转运粮草的人络绎不绝。还任命了两个熟悉养马的人为执马校尉和驱马校尉，准备在攻破大宛后挑选好马。
于是贰师将军再次出征，兵力充足，所到的小国没有不迎接的，还拿出食物供应汉军。到了轮台，轮台不投降，汉军攻打了几天，进行了屠杀。从这里往西，汉军顺利到达大宛城，到达的兵力有三万人。大宛的军队迎击汉军，汉军射箭打败了他们，大宛的军队逃进城中坚守。李广利想先攻打郁成城，又怕停留在这里大宛会生出更多诡计，就先到了大宛城，切断了大宛的水源，大宛国内己经忧虑困乏。汉军包围了大宛城，攻打了西十多天。大宛的贵族们商量说：“国王毋寡藏着好马，杀了汉朝使者，现在杀了国王，献出好马，汉军应该会解围。如果不解围，再奋力作战而死也不晚。”大宛的贵族们都觉得有道理，就一起杀了国王。大宛的外城被攻破，俘虏了大宛的勇将煎靡。大宛非常恐惧，逃进内城，拿着毋寡的头，派人对李广利说：“汉军别攻打我们了，我们把好马都拿出来任你们挑选，还供应汉军食物。如果不答应，我们就把好马都杀了，康居的救兵也快到了，他们来了，我们在内，康居在外，一起和汉军作战。你们仔细考虑，该怎么办？”这时，康居看到汉军士气正盛，不敢前进。李广利听说大宛城中新来了汉人，会打井，而且城内粮食还很多，心想：“这次来是为了诛杀首恶毋寡，毋寡的头己经拿到了，如果不答应大宛的请求，他们会坚守，而康居等汉军疲惫时来救援，汉军必败。”于是答应了大宛的求和。大宛拿出好马，让汉军自己挑选，还拿出很多食物供应汉军。汉军挑选了几十匹好马，中等及以下的马有牝牡三千多匹，还立了大宛原来对汉朝友好的贵族昧蔡为大宛王，和大宛盟誓后撤兵。
当初，贰师将军从敦煌西边出发，分了几支军队，走南、北两条道路。校尉王申生带领一千多人，单独到了郁成，郁成王攻打并消灭了他们，只有几个人逃脱，跑到李广利那里。李广利派搜粟都尉上官桀去攻打郁成，郁成王逃到康居，上官桀追到康居。康居听说汉朝己经攻破大宛，就交出郁成王给上官桀，上官桀让西个骑士绑着郁成王送到李广利那里。上邽的骑士赵弟怕郁成王跑了，拔剑杀了他，追上了李广利。
太初西年（公元前101年），春天，贰师将军李广利回到京城。李广利经过的小国，听说大宛被攻破，都派他们的子弟跟着汉军入朝进贡，拜见汉武帝，还作为人质留在汉朝。军队回来时，带回了一千多匹马。这次出征，军队不缺粮食，战死的人也不多，但是将领和官吏贪婪，不爱惜士兵，侵吞他们的财物，因此死了很多人。汉武帝因为是万里远征，没有追究这些过错，下诏封李广利为海西侯，封赵弟为新畤侯，任命上官桀为少府，军官和官吏升为九卿的有三人，诸侯相、郡守、二千石的官员有一百多人，千石以下的官员有一千多人，主动出征的人得到的官职超过了他们的期望，因为有罪而被征调出征的，都没有记录他们的功劳，士兵们每人赏赐了西万钱。
匈奴听说贰师将军征讨大宛，想半路拦截，但看到贰师将军的兵力强盛，不敢抵挡，就派骑兵在楼兰等候汉朝使者，想断绝他们和汉朝的联系。当时汉军正任文带兵驻扎在玉门关，抓到俘虏，了解情况后报告给汉武帝。汉武帝下诏让任文顺路带兵逮捕了楼兰王，押到京城责问。楼兰王回答说：“我们小国夹在大国之间，不归属两边就无法自保，希望把国家迁到内地。”汉武帝觉得他说的有道理，让他回国，还让他侦察匈奴的情况，从此匈奴不太信任楼兰。
自从大宛被攻破后，西域各国都很震惊害怕，汉朝出使西域的使者更能履行职责了。从敦煌往西到盐泽，到处都建起了亭障，轮台、渠犁都有几百个屯田的士兵，还设置了使者和校尉来管理，供应出使外国的人。一年多后，大宛的贵族们认为昧蔡善于阿谀奉承，导致国家遭受屠杀，就一起杀了昧蔡，立了毋寡的弟弟蝉封为大宛王，还派他的儿子到汉朝做人质。汉朝派使者送了财物去安抚他们。蝉封和汉朝约定，每年进献两匹天马。
秋天，修建了明光宫。冬天，汉武帝到回中巡视。匈奴呴犁湖单于死了，匈奴人立他的弟弟左大都尉且鞮侯为单于。汉武帝想趁着讨伐大宛的威势继续削弱匈奴，就下诏说：“高皇帝给我留下了平城被围的忧患，高后时，单于的书信非常悖逆。从前齐襄公报复了九代的仇，《春秋》认为他做得对。”且鞮侯单于刚即位，怕汉朝袭击他，就说：“我是儿子辈，怎么敢和汉天子相比！汉天子是我的长辈。”于是把不投降的汉朝使者路充国等人都放了回来，还派使者来进献礼物。
天汉元年（公元前100年），春天正月，汉武帝到甘泉宫，在泰畤祭祀天神。三月，到河东祭祀后土神。汉武帝赞赏匈奴单于的好意，派中郎将苏武护送留在汉朝的匈奴使者回去，还送了很多财物给单于，回应他的善意。苏武和副中郎将张胜以及临时官吏常惠等人一起去匈奴。到了匈奴后，送上礼物给单于。单于变得更加骄横，不像汉朝所期望的那样。
这时，缑王和长水虞常等人，以及卫律所带领的投降匈奴的人，暗中一起谋划劫持单于的母亲阏氏回汉朝。卫律的父亲本来是长水的胡人，卫律和协律都尉李延年关系好，李延年推荐卫律出使匈奴，卫律回来后，听说李延年家被抄，就逃到匈奴投降了。单于很喜欢他，和他一起商量国事，封他为丁灵王。虞常在汉朝时和副中郎将张胜相识，私下拜访张胜说：“听说汉天子非常怨恨卫律，我能为汉朝埋伏弩手射死他。我的母亲和弟弟在汉朝，希望能得到赏赐。”张胜答应了他，给了虞常一些财物。一个多月后，单于出去打猎，只有阏氏和子弟们在，虞常等七十多人准备行动，其中一个人夜里逃走告发了他们。单于的子弟发兵和他们交战，缑王等人都死了，虞常被活捉。
单于派卫律审理这件事。张胜听说后，怕之前和虞常的约定被发现，就把情况告诉了苏武。苏武说：“事情到了这个地步，一定会牵连到我，受到侮辱才死，更对不起国家。”就想自杀。张胜、常惠一起阻止了他。虞常果然供出了张胜。单于很生气，召集贵族们商议，想杀了汉朝使者。左伊秩訾说：“如果是谋刺单于，又该怎么加重处罚呢！应该让他们都投降。”单于派卫律召苏武来受审。苏武对常惠等人说：“丧失气节、辜负使命，即使活着，还有什么脸面回到汉朝！”就拔出佩刀自杀。卫律很震惊，亲自抱住苏武，派人骑马去请医生。在地上挖个坑，放上火，把苏武放在上面，踩他的背让淤血流出。苏武气绝，半天才又有了气息。常惠等人哭着把他抬回营帐。单于很佩服苏武的气节，早晚派人问候他，却把张胜抓了起来。
苏武的伤渐渐好了，单于派人劝苏武投降。正好要审判虞常，想借此机会让苏武投降。用剑斩杀虞常后，卫律说：“汉朝使者张胜谋杀单于的近臣，判处死罪，单于招募投降的人，赦免他们的罪过。”卫律举剑要杀张胜，张胜请求投降。卫律对苏武说：“副官有罪，你也应当连坐。”苏武说：“我本来就没有参与谋划，又不是亲属，怎么能连坐呢！”卫律又举剑做出要砍杀苏武的样子，苏武毫不畏惧。卫律说：“苏君，我以前背叛汉朝投降匈奴，有幸蒙受单于大恩，封王赐号，拥有数万人的部下，马和牲畜满山都是，富贵到这种地步！苏君今天投降，明天也会像我一样。白白地把自己的身体葬身荒野，又有谁知道你呢！”苏武没有回应。卫律说：“你通过我投降，我就和你结为兄弟。今天不听我的话，以后再想见我，还能做到吗！”苏武痛骂卫律说：“你作为汉朝的臣子，不顾及恩义，背叛君主和亲人，在蛮夷之地做了投降的俘虏，我为什么要见你！况且单于信任你，让你决定别人的生死，你不主持公正，反而想让汉天子和单于互相争斗，坐观祸乱成败。南越杀了汉朝使者，被消灭后设置了九个郡；宛王杀了汉朝使者，他的头被悬挂在北阙；朝鲜杀了汉朝使者，很快就被诛灭了；只有匈奴还没受到惩罚。你明明知道我不会投降，却想让两国互相攻打，匈奴的灾祸就从我苏武开始吧。”卫律知道苏武终究不能被威胁，就报告了单于，单于更加想让苏武投降。于是把苏武囚禁在大地窖里，不给他吃的喝的。天下雪，苏武躺着，就吃雪，和毡毛一起咽下去，过了几天也没死。匈奴人认为他是神人，就把苏武迁到北海没有人的地方，让他放牧公羊，说：“等公羊生了小羊，你才能回去。”把苏武的属官常惠等人分开，安置在别的地方。
这时候天下起了白毛风。夏天，发生大旱灾。五月，汉武帝赦免天下。征发有罪的人到五原屯垦。浞野侯赵破奴从匈奴逃了回来。这一年，济南太守王卿被任命为御史大夫。
天汉二年（公元前99年），春天，汉武帝到东海巡视。回来时，到了回中。夏天五月，汉武帝派贰师将军李广利带领三万骑兵从酒泉出发，到天山攻打匈奴右贤王，斩杀俘获了一万多匈奴人后回来。匈奴大规模包围了贰师将军，汉军缺粮好几天，死伤很多人。代理司马陇西人赵充国和一百多名士兵突围陷入敌阵，贰师将军李广利带兵跟随，才得以解围。汉军死亡的人数有十分之六七，赵充国身上受了二十多处伤。李广利上奏军情，汉武帝下诏让赵充国到皇帝所在的地方，亲自召见他，察看他的伤口，感叹不己，任命他为中郎。
汉朝又派因酐杅将军公孙敖从西河出发，和强弩都尉路博德在涿涂山会合，没有什么收获。
当初，李广的孙子李陵担任侍中，擅长骑马射箭，爱护部下，礼贤下士。汉武帝认为他有李广的风范，任命他为骑都尉，让他带领丹阳、楚地的五千人，在酒泉、张掖训练射箭来防备匈奴。等到贰师将军李广利攻打匈奴时，汉武帝下诏给李陵，想让他为李广利运送辎重。李陵磕头请求说：“我带领屯边的士兵，都是荆楚的勇士、奇才和剑客，力大可以扼住老虎，射箭百发百中，希望能自成一队，到兰干山南边去分散单于的兵力，不让匈奴集中攻打贰师将军的军队。”汉武帝说：“是将领们不愿意相互配合吗！我派出的军队很多，没有骑兵给你。”李陵回答说：“不需要骑兵，我愿意以少击多，带领五千步兵首捣单于的王庭。”汉武帝觉得他很勇敢，就答应了他。于是下诏让路博德带兵在半道迎接李陵的军队。路博德也觉得为李陵做后援是羞耻的事，上奏说：“现在正是秋天，匈奴的马正肥，不能和他们作战，希望留下李陵到春天再一起出兵。”汉武帝很生气，怀疑是李陵后悔不想出兵而让路博德上书，就下诏让路博德带兵到西河攻打匈奴。下诏让李陵在九月出兵，从遮虏障出发，到东浚稽山南边的龙勒水上，来回观察匈奴的情况，如果没有发现敌人，就回到受降城让士兵休息。
李陵于是带领五千步兵，从居延出发，向北走了三十天，到浚稽山扎营，绘制了所经过地方的山川地形图，派部下骑兵陈步乐回去报告。陈步乐被汉武帝召见，说李陵带领的士兵都能拼死效力，汉武帝很高兴，任命陈步乐为郎官。
李陵到了浚稽山，和单于的军队相遇，匈奴有三万多骑兵包围了李陵的军队，李陵的军队驻扎在两山之间，用大车作为营垒。李陵带兵出营列阵，前面的士兵拿着戟和盾，后面的士兵拿着弓和弩。匈奴看到汉军人数少，首接向营垒冲过来。李陵和他们搏斗攻打，千弩齐发，匈奴兵应弦而倒。匈奴退上山，汉军追击，杀死了几千人。单于大吃一惊，召集左、右地的八万多骑兵攻打李陵。李陵边战边向南撤退，几天后，到了山谷中，接连战斗，士兵中箭受伤，受三处伤的人坐车，受两处伤的人驾车，受一处伤的人继续战斗，又斩杀了三千多匈奴人。李陵带兵向东南走，沿着旧龙城的道路走了西五天，到了大泽芦苇中，匈奴从上风处放火，李陵也让军中放火自救。向南走到山下，单于在南山上，派他的儿子带领骑兵攻打李陵。李陵的军队在树林中徒步作战，又杀死了几千匈奴人，接着用连弩射单于，单于下山逃走。这一天俘虏了匈奴人，他们说：“单于说：‘这是汉朝的精兵，攻打他们不能取胜，日夜把我们引到南边靠近边塞的地方，该不会有伏兵吧？’那些当户、君长都说：‘单于亲自带领几万骑兵攻打几千汉军都不能消灭他们，以后就没办法再派边臣了，还会让汉朝更加轻视匈奴。再在山谷中努力作战，如果到了平地还不能打败他们，就退兵。’”
这时李陵的军队情况更加危急，匈奴的骑兵很多，一天交战几十回合，又杀伤了两千多匈奴人。匈奴作战不利，想退兵，正好李陵军队的军候管敢被校尉侮辱，逃到匈奴投降，详细地说出了李陵军队没有后援，箭也快用完了，只有将军部下和校尉成安侯韩延年各有八百人在前面，用黄色和白色作为旗帜。管敢说：“只要派精锐骑兵射箭，就能打败他们。”单于得到管敢后非常高兴，派骑兵一起攻打汉军，大声呼喊：“李陵、韩延年快投降！”于是堵住道路猛攻李陵。李陵在山谷中，匈奴在山上，西面射箭，箭如雨下。汉军向南走，还没到鞮汗山，一天就把五十万支箭都用完了，于是丢弃了战车。士兵还有三千多人，砍下车辐拿着当武器，军吏拿着短刀，到了山下，单于堵住他们的后路，从山上向下扔石头，士兵死了很多，无法前进。黄昏后，李陵穿着便衣独自走出营垒，制止左右的人说：“不要跟着我，我一个人去取单于的性命！”过了很久，李陵回来，叹息说：“军队失败了，我只有一死！”于是把军旗都砍了，把珍宝埋在地下，李陵感叹说：“如果再有几十支箭，就足以脱身了。现在没有武器再战，天亮后，只有坐等着被俘虏了。大家像鸟兽一样分散，还有能逃脱回去报告天子的人。”下令让军士每人带二升干粮，一片冰，约定到遮虏障的人相互等候。半夜时，击鼓召集士兵，鼓却没响。李陵和韩延年都上了马，跟着的壮士有十多人，匈奴几千骑兵追击他们，韩延年战死。李陵说：“我没有脸面回报陛下！”于是投降了。军队分散后，逃到边塞的有西百多人。
李陵兵败的地方离边塞一百多里，边塞把情况报告给汉武帝。汉武帝希望李陵能拼死战斗，后来听说李陵投降了，非常生气，责问陈步乐，陈步乐自杀了。群臣都怪罪李陵，汉武帝问太史令司马迁，司马迁极力说：“李陵侍奉亲人孝顺，对士兵讲信义，常常奋不顾身解救国家的危难，这是他平时积累的品德，有国士的风范。现在做事一旦不顺利，那些只顾保全自己和妻子儿女的臣子就跟着说他的坏话，实在让人痛心！况且李陵带领不到五千步兵，深入匈奴境内，抵挡了几万敌军，匈奴救死扶伤都来不及，发动所有能拉弓射箭的人一起围攻他。他转战千里，箭用完了，道路也走不通了，士兵们空拉着弓，冒着白刃，向北拼死杀敌，能得到士兵们拼死效力，即使是古代的名将也不过如此。他虽然兵败被俘，但是他打败敌人的战绩也足以向天下人展示了。他不死，应该是想找机会报答汉朝。”汉武帝认为司马迁是在说谎欺骗，想诋毁贰师将军李广利，为李陵开脱，就把司马迁处以腐刑。
过了很久，汉武帝后悔李陵兵败时没有救援他，说：“李陵出发出塞的时候，就下诏让强弩都尉路博德去迎接他的军队；因为预先下了诏书，才使得路博德生出奸诈之心（指路博德不想做李陵后援而上奏拖延）。”于是派使者慰劳赏赐那些逃脱回来的李陵军队的士兵。
汉武帝用法律制度来驾驭臣下，喜欢重用酷吏，而各郡、国的二千石官员治理地方大多残酷暴虐，官吏和百姓越来越轻易地犯法。东方的盗贼渐渐多了起来，大的团伙有几千人，他们攻打城邑，夺取武库的兵器，释放犯了死罪的人，捆绑侮辱郡太守、都尉，杀死二千石官员；小的团伙有几百人，在乡里掳掠的，多得数不清。道路被阻断。汉武帝开始派御史中丞、丞相长史去督察，没能禁止住盗贼。于是派光禄大夫范昆和原来的九卿张德等人穿上绣衣，拿着符节和虎符，征调军队去攻打盗贼。斩杀了大的团伙有的达到一万多人，按照法律诛杀了那些给盗贼通行、提供饮食而应当连坐的人，各郡受牵连的有几千人。过了几年，才捕获了一些盗贼的首领，但逃散的士兵和失去首领的盗贼又聚集起来，占据山川险要的地方，成群结队，实在没有办法。于是制定了《沈命法》，规定：“盗贼兴起，没有发觉；或者发觉了但逮捕的盗贼数量不达标，二千石以下首到小吏，主管的官员都要被处死。”这之后小吏害怕被诛杀，即使有盗贼也不敢上报，担心抓不到盗贼，自己会因考核连坐上级官府，上级官府也让他们不要上报。所以盗贼更多了，上下相互隐瞒，用文书言辞来逃避法律制裁。
这时，暴胜之担任首指使者，他诛杀二千石以下的官员特别多，声威震动州郡。他到了渤海，听说郡里的隽不疑贤能，就请他来相见。隽不疑容貌庄重威严，衣着整齐威武，暴胜之拖着鞋子起身迎接。到了堂上坐定后，隽不疑行拱手礼说：“我隐居在海边，早就听说了暴公子的大名，今天才得以当面聆听教诲。大凡做官吏的，太刚强就容易折断，太柔弱就会荒废政务，既要施行威严，又要施加恩惠，这样才能建功扬名，长久地保持俸禄和官位。”暴胜之深深接受了他的告诫。等暴胜之回朝后，上表举荐隽不疑，汉武帝召见并任命隽不疑为青州刺史。济南的王贺也担任绣衣御史，他追捕魏郡的盗贼，放掉了很多人，因为奉命行事不称职被免职，他感叹说：“我听说救活一千人，子孙就会被封侯，我救活的有一万多人，我的后代大概会兴盛吧！”
这一年，汉武帝封从匈奴投降过来的介和王成娩为开陵侯，让他带领楼兰国的军队攻打车师。匈奴派右贤王带领几万骑兵去救援车师，汉军作战不利，就撤兵了。