汉征和二年(公元前91年)，有一天中午，汉武帝刘彻正躺在床上睡觉，忽然梦见几千个手持棍棒的木头人朝他打来，把他给吓醒了，他以为有人在诅咒他，立即派宠臣、绣衣使者首领江充前去追查。
当时人对神怪诅咒之说深信不疑，武帝年老生病，怀疑周围的人都在用巫蛊诅咒他，于是巫蛊祸起。
武帝蜡像当朝丞相公孙贺之子公孙敬声擅自动用军费万钱，事败后被捕下狱。时值汉武帝下诏通缉阳陵大侠朱安世，公孙贺为赎儿子之罪，费尽心力将朱安世捕获移送朝廷。
孰料朱安世在狱中上书，声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、卫青之子长平侯卫伉相继被牵连入内、被杀。
江充率领胡人巫师到各处掘地寻找木头人，并逮捕了一批使用巫术害人的嫌疑人；江充一直搜查到卫皇后和太子刘据的住室，把事先准备好的木头人拿出来陷害太子，此时汉武帝在甘泉宫养病，不在长安。
武帝雄伟征和二年(公元前91年)七月壬午，太子为了自卫，派人假冒使者收捕江充等人，把江充杀了；其助手黄门苏文逃到汉武帝处，向汉武帝控诉太子。
汉武帝开始并不相信此说，派使者召太子，但使者不敢到太子那里，回报武帝说“太子反已成，欲斩臣，臣逃归。”汉武帝大怒，下令丞相刘屈髦率兵平乱。
太子为了应对，将长安四市的市民约数万人强行武装起来，到长乐宫西门外，正遇到丞相刘屈髦率领的军队，与丞相军激战五日，死者数万人。
长安城有流言说太子谋反，所以人们不敢依附皇太子，而丞相一边的兵力却不断加强，最终，太子势孤力弱而兵败，唯有逃离长安。
茂陵汉武帝愤怒异常，唯有壶关三老令孤茂敢上书汉武帝为太子申冤。
太子向东逃到湖县(今河南灵宝西)，隐藏在泉鸠里，主人家境贫寒，经常织卖草鞋来奉养太子，太子有一位以前相识的人住在湖县，听说很富有，太子派人去叫他，于是消息泄露。
八月辛亥(初八)，地方官围捕太子，太子知道自己难以逃脱，便回到屋中自缢而死，主人与搜捕太子的人格斗而死，二位皇孙也一同遇害。
太子有二子一女，全部因巫蛊之乱而遇害。太子之子、始皇孙刘进有一子刘病已，尚在襁褓中，幸免，后改名刘询，是为汉宣帝。
大汉天子时间一长，巫蛊事里面就有许多疑点暴露出来，加上官吏和百姓以巫蛊害人罪相互告发，经过调查发现多有不实，武帝于是知太子惶恐无他意，高寝郎田千秋讼太子冤曰：“子弄父兵，罪当笞；天子之子过误杀人，当何罢哉！臣尝梦见一白头翁教臣言。”
于是汉武帝幡然醒悟，立即任命田千秋为大鸿胪，并下令将江充满门抄斩，将苏文烧死在横桥之上，曾对太子兵刃相加的人也陆续被杀。
汉武帝怜太子无辜，就派人在湖县修建了一座宫殿，叫作“思子宫”，又造了一座高台，叫作“归来望思之台”，借以寄托他对太子刘据和那两个孙子的思念，天下闻而悲之。
茂陵刘彻十六岁登基，为巩固皇权，汉武帝加强了中央集权，在地方设置刺史，开创察举制选拔人才。采纳主父偃的建议，颁行推恩令，解决王国势力，并将盐铁和铸币权收归中央。
汉武帝在文化上采用了董仲舒的建议，罢黜百家，独尊儒术，结束先秦以来师异道，人异论，百家殊方的局面。
汉武帝时期攘夷拓土、国威远扬，东并朝鲜、南吞百越、西征大宛、北破匈奴，奠定了汉地范围，首开丝绸之路、首创年号，兴太学。
汉武帝开创了西汉王朝最鼎盛繁荣的时期，那一时期亦是中国封建王朝第一个发展高峰。他的雄才大略、文治武功，使汉朝成为当时世界上最强大的国家，功莫大于秦皇汉武。
文治武功然而，时过境迁，汉武帝晚年杀戮太过，颇思悔悟。李广利伐匈奴不利，全军覆没，求神仙又不成，又因巫蛊之祸造成父子相残、太子刘据自杀，种种打击使武帝心灰意懒，对自己过去的所作所为颇有悔意。
丞相田千秋建议：很多文士都谈论神仙，但都没有成效，应当罢斥。武帝听后说：我从前太愚蠢，受了方士的欺骗。其实天下哪有什么仙人，全是方士们妖言惑众。注意饮食和服药，就可以减少疾病了。于是，便将方士全部遣散。
正当武帝为自己从前的所作所为深感后悔之时，搜粟校尉桑弘羊等人上书，请求派遣兵卒在轮台（今新疆轮台县东南）屯田，并严敕边郡太守、都尉，加强对边防烽火的管理，选拔战士，积蓄粮草。这个建议虽然有益于巩固边防，武帝却没有同意。
一代雄风在登泰山、祀明堂之后，武帝在轮台宫殿(并非新疆轮台）里下《轮台罪己诏》：“朕即位以来，所为狂悖，使天下愁苦，不可追悔。自今事有伤害百姓，糜费天下者，悉罢之！”
武帝在诏书中说：曩者，朕之不明，……兴师遣贰师将军（即李广利），……贰师败，军士死略离散，悲痛常在朕心。而击车师时，……发兵，凡数万人。……汉军破城，食至多，然士自载不足以竟师，强者尽食畜产，赢者道死数千人。
诏书接着说：前有司奏，欲益民赋三十助边，是重困老弱孤独也。而今又请遣卒田轮台，轮台西于车师千余里……今请远田轮台，欲起亭隧，是扰劳天下，非所以优民也。今朕不忍闻。
茂陵武帝还特别强调指出：
当今务在禁苛暴，止擅赋，力本农。至于修马复令，只是用以补缺，毋乏武备而已。
颁布《轮台罪已诏》，是汉武帝统治政策的重大变化。它表明汉武帝已决心不再主动对匈奴用兵，而要注重发展农业，提倡农耕以恢复生产。
为实现这一政策，汉武帝不但下令不复出军，而且还在征和四年封丞相田千秋为富民侯，以明休息，思富养民也。同时，还任命赵过为搜粟校尉，推广代田法，并下诏重申：当今之务，在于力农。
汉武帝一生致力于加强中央集权，建立了巩固统一的西汉帝国，奠定了中华民族辽阔疆域的基础。
汉武大帝但与此同时，在他统治期间，穷奢极欲、繁刑重敛、内侈宫室、外事四夷、信惑神怪、巡游无度，使百姓疲敝、起为盗贼，按司马光的评价，“其所以异于秦始皇者无几矣”，而西汉王朝所以有亡秦之失、而免亡秦之祸，同汉武帝晚而改过，有十分密切的关系。
汉武帝还没有来得及全面推行其与民休息的政策，便于后元二年（公元前87年）去世了。其后继者昭帝和宣帝坚持执行武帝晚年制定的与民休养的政策，因而在西汉中期出现了被后世称颂的昭宣中兴局面。