行東，將幸緱氏，至左邑桐鄉，聞南越破，以為聞喜縣。
春，至汲新中鄉，得呂嘉首，以為獲嘉縣。馳義侯遺兵未及下，上便令征西南夷，平之。遂定越地，以為南海、蒼梧、郁林、合浦、交止、九真、日南、珠厓、儋耳郡。定西南夷，以為武都、牂柯、越巂、沈黎、文山郡。
秋，東越王餘善反，攻殺漢將、吏。遣橫海將軍韓說、中尉王溫舒出會稽，樓船將軍楊僕出豫章擊之。又遣浮沮將軍公孫賀出九原，匈河將軍趙破奴出令居，皆二千餘裏，不見虜而還。乃分武威、酒泉地置張掖、敦煌郡，徙民以實之。
元封元年冬十月，詔曰：「南越、東甌咸伏其辜，西蠻、北夷頗未輯睦。朕將巡邊垂，擇兵振旅，躬秉武節，置十二部將軍，親帥師焉。」行自雲陽，北曆上郡、西河、五原，出長城，北登單于台，至朔方，臨北河。勒兵十八萬騎，旌旗徑千餘裏，威震匈奴。遣使者告單于曰：「南越王頭已縣于漢北闕矣。單于能戰，天子自將待邊；不能，亟來臣服。何但亡匿幕北寒苦之地為！」匈奴讋焉。還，祠黃帝於橋山，乃歸甘泉。
東越殺王餘善降。詔曰：「東越險阻反復，為後世患，遷其民于江、淮間。」遂虛其地。
春正，行幸緱氏。詔曰：「朕用事華山，至於中嶽，」獲交麃，見夏後啟母石。翌日，親登嵩高，禦史乘屬，在廟旁吏卒咸聞呼萬歲者三。登禮罔不答。其令祠官加增太室祠，禁無伐其草木。以山下戶三百為之奉邑，名曰崇高，獨給祠，複亡所與。」行，遂東巡海上。
夏四月癸卯，上還，登封泰山，降坐明堂。詔曰：「朕以眇身承至尊，兢兢焉惟德菲薄，不明于禮樂，故用事八神，遭天地況施，著見景象，屑然如有聞。震於怪物，欲止不敢，遂登封泰山，至於梁父，然後升礻亶肅然。自新，嘉與士大夫更始，其以十月為元封元年。行所巡至，博、奉高、蛇丘、曆城、梁父，民田租逋賦、貸，已除。加年七十以上孤、寡帛，人二匹。四縣無出今年算。賜天下民爵一級，女子百戶牛、酒。」
行自泰山，複東巡海上，至碣石。自遼西曆北邊九原，歸於甘泉。
秋，有星孛于東井，又孛於三台。
齊王閎薨。
二年冬十月，行幸雍，祠五畤。
春，幸緱氏，遂至東萊。
夏四月，還祠泰山。至瓠子，臨決河，命從臣將軍以下皆負薪塞河堤，作《瓠子之歌》。赦所過徙，賜孤、獨、高年米，人四石。還，作甘泉通天台、長安飛廉館。
朝鮮王攻殺遼東都尉，乃募天下死罪擊朝鮮。
六月，詔曰：「甘泉宮內中產芝，九莖連葉。上帝博臨，不異下房，賜朕弘休。其赦天下，賜雲陽都百戶牛、酒。」作《芝房之歌》。
秋，作明堂于泰山下。
遣樓船將軍楊僕、左將軍荀彘將應募罪人擊朝鮮。又遣將軍郭昌、中郎將衛廣發巴、蜀兵平西南夷未服者，以為益州郡。
三年在，作角抵戲，三百里內皆觀。