汉景帝死后，其子刘彻即位，即为汉武帝。汉武帝在位期间政治上削弱诸侯，加强集权；文化上罢黜百家，独尊儒术；军事上攘夷拓土（先后吞并南越、闽越、夜郎、滇国、卫满朝鲜等国，远征大宛降服西域诸国），北破匈奴（修建外长城之光禄塞、居延塞，收复河套并将河西纳入版图，促使"漠南无王庭"的局面）；外交上出使西域，开通丝绸之路，开创了汉武盛世的局面。但汉武帝在位后期穷兵黩武，对经济产生巨大冲击，又造成了巫蛊之祸，晚年不再穷兵黩武，挽救经济。汉武帝时期奠定了汉地范围，也是汉朝走向强盛的重要时期。
汉武帝之后的汉昭帝和汉宣帝遵循汉武帝晚年的国策，对内继续休养生息，得以让百姓安居乐业，四海清平，史称昭宣中兴。汉宣帝时期，匈奴进一步衰落和分裂，南匈奴臣服于汉朝，至汉元帝三年北匈奴郅支单于被陈汤斩杀，并发出"明犯强汉者，虽远必诛！"的时代强音，自此汉匈战争告一段落。
