刘彻的独尊儒术、统一思想，顺利推广开后，他就开始大刀阔斧地进行彻底改革。
刘彻首先是大力加强中央集权。这些措施中，最主要的是削弱丞相的权力。汉代的几朝丞相都是开国功臣，如大名鼎鼎的萧何，这些人权势很大，有时甚至凌驾于皇权之上。刘彻就借着许多功臣元老年迈亡故的时机，对朝中官员来一次大换血。先前颁布的教育改革措施起到了很好的效果，已经形成了人才培养的良性循环。
刘彻打破传统的出身等级等限制，任人唯贤，重新建构了属于皇帝个人的权力机构。而丞相则只被允许处理外廷，内廷的事都由刘彻亲自掌握。这样，丞相的权力就大大缩水了。
刘彻把大权都抓到手中，政令就能畅通实施了。他马上又开始解决长期以来困扰汉朝几代皇帝的诸侯王问题。他做了一件惠及后来所有封建王朝的大变动。
公元前127年，他采用主父偃提出的“推恩令”。就是以律法的形式诏令所有诸侯王，让他们把土地分封给所有的子弟，恩泽所有后代。这样诸侯国就越分越小，几代之后，就都成了平头百姓。这个方法彻底解决了长期以来诸侯王威胁中央朝廷的问题，实在是封建社会历史上的一个伟大创举，影响深远。
刘彻削藩成功后，又开始整治地方官员。这些人权力虽然不大，但直接与老百姓接触，一旦有人营私舞弊、贪污受贿，就会引起百姓不满，造成社会不安定，同样会影响皇权的稳固。元封五年（公元前106年），刘彻对汉初以来的监察制度实行改革。
他把全国分成13个监察区，每区派一个刺史，刺史由皇帝的内廷直接管理。他们不处理地方上的一般事务，而是每年秋天巡游郡国，专门检查各地豪强和官吏等有无恃强凌弱、营私舞弊等行为，同时也推荐优秀的地方官直接到中央任职，他们其实就是皇帝的钦差大臣。这一措施限制了地方豪强的势力，得到了普通官员和百姓的拥护。
刘彻在政治改革的同时，还推出了许多新的经济措施，加强经济管理，打击商人的不法行为，实行重农抑商政策。
首先，他改革货币制度，把铸币权收回中央专有。其次，他采纳了经济学家桑弘羊的建议，把影响国计民生的盐、铁、酒等商品都收归国家专营，严禁商人参与。再次，他推行“平准”和“均输”法。“平准令”就是随时平抑物价；而“均输令”则是针对农产品旺季和淡季价格不一的情况，为打击商贾旺季囤积，淡季高价出售而设，从而保护了农民的利益。
刘彻的经济新政，在一定程度上限制了豪强富商的经济扩张，保护了普通百姓的利益，增加了西汉政府的财政收入，从经济上加强了中央集权。不过民间工商业受制，商品经济停滞不发展，也是重农抑商政策的弊端。