武帝又令李广利出兵酒泉。李广利到达后诏令李陵监督辎重等军用装备，随军北进。李陵心想自己的人马要受人家的节制，并且负责监守装备，这哪有上战场杀敌的机会呢？于是他钻了空子入朝向武帝叩头自请。他说：“臣下皆带着荆楚兵，力能扼虎，射必命中，这支力量是很强大的。情愿自当一豫，到另一条线上去攻击匈奴。”武帝听了很不高兴地回答说：“你不愿属弍师么？我发卒已多，无骑你。”李陵一听却很高兴地说：“臣愿用少击众，不需要骑兵，但只要求给步兵五千人即可直入虏庭。”武帝答应了李陵的要求。由陵自寡壮士，定期出发！且命路博德半路接应。这博德不愿意听从。正好赵破奴从匈奴逃回，报称胡人入侵西河，武帝便令博德往守西河要道。另遣李陵赴东浚稽山。李陵尊命率步兵五千直指东浚稽山驻扎在龙勒水上。途中未遇一敌，展览一周，将地形绘出一张图来，派骑士陈步乐奏报武帝，并将图呈上。武帝见到绘图心里很是喜欢，认为得到了这样有绘图水平人，因此拜陈步乐为郎。不料过了旬余竟有警来说李陵已败没胡人中。
原来李陵遣归陈步乐后，准备引军还朝。可能那匈奴已侦探到了有汉兵驻扎，故发兵三万前来攻陵。陵一举击退虏众斩首数千级，方收兵南还。不意那匈奴主单于又征兵万入骑来追李陵，陵只好且战且走。大小数百回合，所获敌兵数千。但来追的胡兵尚相随不舍，李陵只好引兵至大泽中。胡兵见此情况就从后纵火，想火烧泽中逼迫陵兵走投无路。陵一想索性教兵也放起火来先烧近围，免得延燃。敌人又发现了李陵意图，且鞮单于亲自赶来立马山上，公然遣子攻陵。李陵只好拼死再战，又杀敌数千人。单于惊得迅速撤离。临走时对左右说此属汉朝的精兵。我虽兵多且不能取胜真是丢脸，应再一鼓作气追前一些，仍不能胜的话才可回兵。李陵总是鼓励将士再接再励又杀伤敌兵甚多。就在这时有军侯敢，不知因什么事情受到了校尉的批评，竟一气之下去投降了匈奴，对匈奴将领说明了汉兵并无后援，人不多粮将缺，只有李陵并麾不及，还有校尉韩延年部曲八百，又必可破无疑。单于本想退兵，但听了侯敢的话，立即选得锐骑数千，各持弓矢，绕出汉兵，在前面遮道射击，并大声喊道：“李陵，韩延年速降。”陵与延年只好驱军速走，只见后面虏骑力追，只好发箭还射，将到了鞮汗山，五十万箭已尽，但敌尚未退。陵检点士兵尚有三千人。陵号召硬破车轮，截取车轴充作兵器，此外惟有短刀并毕执着，胡骑又复追到，只好上山掷石堵住谷口，这时天色已晚就在谷中暂住。旁边有将士进言李陵说：“何妨暂寻生路。”陵摇手道：“君且不要说这等话呢，我若不死如何得为将士。”李陵说过之后，接着号召所有将士将所有珍宝掘埋地中，又召集军吏说：“今手无兵器如何再战，到天明恐怕都要受缚了，现在惟有各自逃生，或归朝见天子详报军情，说着命每人各带干粮一斤水二升，借御饥喝各走各路，军吏等奉命散去！待到半夜，李陵命击鼓拔营，鼓忽不鸣，陵上马当先，韩延年在后随着，拼死杀出谷口，走了里把路，复被胡兵追到，延年血战而死，李陵一看跟随自己的部下只有十多个人了，不由的向南哭泣说：“无面目见陛下了！”说罢竟下马投降了匈奴。
边吏飞章奏闻。武帝总道是李陵战死，召到陵母妻却无丧容，待至李陵生降的消息传报，武帝大怒，责问陈步乐，步乐惶恐自杀。陵母妻被逮入狱，群臣多数说李陵的罪在不死而降。独太史令司马迁为陵辩护。他说：“李陵孝顺母亲热爱将士，有国干的风度，今领兵不满五千，要抵挡强胡数万兵，矢尽缺援，身陷胡中，臣料陵非真负恩，心思尚想一有机会就能报效汉廷的。”武帝不同意司马迁的说法，他脸色一变，竞令卫士把司马迁拿下系狱。后来通过有人劝说武帝，司马迁力著史记未完而免死刑，出狱续作“史记”一书传为良史。或说他暗中寓谤，竟当秽史看待后人自有公评。
武帝再发天下七科嫡系兵，及四方壮士，乡道北征（七科：吏有罪一，亡命二，赘婿三，贾人四，原有市籍五，父母有市籍六，祖父母有市籍七）由贰师将军李广利带领骑兵六万、步兵七万出发朔方，作为正路；由强驽都尉路博德率万余为后应；由游击将军韩说领步兵三万人出五原；由因杆将军公孙敖领兵万人、步兵三万出雁门。各将军奉命辞行。武帝特嘱公孙敖说：“李陵败役，或说他有志回来，你能相机深入劝陵还朝便算不虚此行了！”公孙敖遵命速去。几路兵陆续出塞，即有匈奴侦探飞报且鞮单于尽把老弱徙往余吾水北，自引精骑十万屯驻水南。待至李广利兵到交战数次，互有杀伤。广利恐师老粮竭，便即班师。匈奴兵却随后追来，正好路博德引兵趋至接应广利，胡兵方才回去。广利不愿再进，与博一同南归。游击将军韩说到了塞外，不见胡人也即折回；因杆将军公孙敖出遇匈奴左贤王与战不利慌忙引还，自思无可报命，不如捏造谎言，复凑武帝。但言捕得胡虏供称李陵受到了匈奴的宠爱，他准备训练兵马出攻汉朝，所以臣不敢深入，只好还军。武帝本来就在追忆李陵后悔不该轻易答应他自己的要求带兵出塞，此次听公孙敖的言语便信以为真，所以立即下令将李陵的母妻杀死。
既而且鞮单于病死。其子孤鹿姑继立。遣使至汉廷报丧，汉亦派人往吊。李陵已闻知家属被戳，免不得诘问汉使。汉使即将公孙敖所言具述一番，李陵作声说：“这是李绪所为与我何干！”言下恨恨不已。李绪曾任汉塞外都尉，为虏所逼，异汉出降，匈奴待及颇厚，位居陵上，陵恨绪教胡备兵，累及老母娇妻，便乘绪无备把他刺死，单于阙氏，因陵擅杀李绪即欲诛陵，还是单于爱陵骁勇嘱令避匿北方。不久大阙氏死，李陵待单于召还妻与亲女，立为后校王。与卫律一心事胡，律居内、陵居外。好似匈奴的夹辅功臣了。
李广利投降匈奴
征和三年（前90）匈奴兵又入寇五原酒泉。汉廷闻报，武帝下诏遣李广利率兵七万，直指五原。重合侯马通率四万人马出酒泉，轮（音卢）侯商邱城率二万人马出西河。不几日广利麾兵出塞就到了大单句山，正与匈奴右大都尉等相遇，当即驱杀一阵，虏兵只有五千，骑战不过广利，当即败走，广利乘胜赶至范夫人城。城系边将妻范氏所筑固有此名。马通的队伍到了天山，也碰上匈奴大将偃渠引兵邀击，刚接触即感到汉军强盛不战而退。商邱成带兵驰入胡境再不见敌人，乃收兵引归。在回走至数十里时，忽听得有敌兵到来，回头遥望，只见匈奴大将与李陵率兵三万从后追来，不得已只好翻身与战，击退胡兵再上路南行。偏胡兵一下退又一下前进，弄得只好连番接仗转战八九日。一直到了浦奴水滨才力将胡兵击退。方得以从容回来。两路兵已经获胜，只有李广利未归。武帝正在记念着哩！忽然由内官郭襄报告说：“丞相刘屈牦与贰师将军密约，将立昌邑王为帝。丞相夫人等，且使女巫祈祷鬼神，诅咒主上。难怪在广利出征时由刘掘牦送至渭水桥，广利私下与语屈牦说：“君侯能早请立昌邑王为太子，富贵定可长享，必无后忧。”武帝一听勃然大怒，立即命令拿捕刘屈牦下狱，罪至大逆不道。原来贰师将军李广利是武帝宠妃李氏的亲兄。而丞相刘屈牦的儿子娶李广利的女儿为妻。即两下里是亲家关系。屈牦职任丞相，因此广利便与屈牦商定立其甥昌邑王刘髆为太子，并想抢班夺权企图谋反！现在事情败露，将刘屈牦腰斩东市，妻子并枭首华阳街上。李广利妻、子亦连坐拘系狱中。
这事情发生后李广利家人飞报军前。广利吓得惊惶失色。旁边有属吏胡亚夫说：“将军若得立大功，还可还朝自赎，赦免全家否则匆匆回国同去受罪，要想再来此地恐不可复得了。”广利认为是道理，便领军冒险再进，行至郅居水上，击败匈奴左贤王，杀毙匈奴左大将。还要长驱深入，誓捣虏庭。军帐史因广利违众邀功，料他必败。私议想执住李广利缚送朝廷，不幸为广利所知，立将长史处斩。广利亦知军心不服下令班师。还至燕山，不料胡骑又前来报复。已截住了去路，汉军已经疲乏，只好扎下营寨到了夜半营后火起又有胡兵杀入，汉军大乱，开营急走。偏有前胡骑掘下的陷坑不少，夜里又难以辨别，多半跌了下去。李广利虽未坠下也觉无路可走，眼见得死在眉睫，自思不如投降匈奴，还可求生，便即下马请降，匈奴兵把他拥去。单于闻他是汉朝大将特别优待。后来听得汉廷诛死了广利的妻子，就将自己的女儿配给了广利做妻，尊宠在卫律之上。律便阴坏妨忌了，欲害广利，只是一时下不了手。后来有年余时间了，卫律蒙蔽单于杀死了李广利。
且说武帝得知李广利降胡便屠戮了李氏一门，连前将军公孙敖、赵破奴等亦皆连累族诛。查证，敖和奴之妻参与广利，屈牦妻坐蛊诅咒皇帝事而牵连。至此有人评论说：“公孙敖族诛是可为李陵母妻的死而泄恨也！
五、国体构建及及主要对民政策
汉武帝是汉朝的第五位皇帝。汉朝建国已有60多年了，国体的构建早已奠定了基础。按理就在原来的基础上照着执行就是了。但是武帝不是那么想的他雄才大略好大喜功，不愿意照着老路走下去。当然这时一些建国元首也基本不存在了，这无疑是一个极好的条件。因此武帝便想雄心勃勃地大干一番事业。
首先他看准的是打破军功贵族垄断政权的局面，向贤士大夫文人术士打开政权的大门，改变政府的官员结构。因此，下诏举贤良方正，直言极谏之士，亲自策试。在著名的“贤良对策中先后录用了一大批如董仲舒、东方朔、司马相如、主父偃、卫青、霍去病、李广、公孙弘、庄助等文人武将。从而改贵族政府为文官政府。以董仲舒的“罢黜百家独尊儒术”为座右铭，作为改革政治体制的理论基础和依据。这些文才武将几十年如一日在各自的领域里都做出了杰出的贡献，他们的辉煌成就，使这一时期历史发展放射出了夺目的光彩！
他还强化皇权，统一中央集权，他对“三公”、“九卿”的中央官员设置作了一些相应的调整。他采用董仲舒的“天人合一”即“天王合一”提出“天子受命于天，天下受命于天子”天子“主谨于承天意，以顺命也，下务明教化民，以成性也”这样给皇权笼罩上了一层神秘的色彩，使皇权神圣不可侵犯。
为了独揽一切大权，着手削弱丞相的权力，汉初丞相职务都是要从开国元勋或者在有战功的人当中选拔。武帝则慢慢打破列侯拜相的旧制，他任命出身贫苦的儒生担任。还把朝官分为中朝和外朝。他从“贤良文学”以及直接向皇帝上书的文士中选拨人才，随侍左右，又将少府属下一个主管文书档案的机构“尚书”作为审阅公文，谋划政事起草诏令的日常工作机关，与侍中、中书组成“中朝”。武帝始设中书令，由宦官担任，后来逐渐由皇帝信赖的士人担任。其职责是帮助皇帝在宫中处理政务，并负责直接向皇帝递交大臣密奏，因其为皇帝近臣，一度还凌驾于丞相之上司马迁就曾担任过此职。在中朝里聚集了大批智襄人物，他们商量国家大事成为决策机构，作出决定后再交给“外朝”的丞相去公布执行。以丞相为首的外朝成了执行机构，九卿不用通过丞相而直接上奏皇帝，以丞相为首的政权机关被架空之。同时太尉一职也时设时废。皇帝通过中朝大权独揽。
对地方他采取“强干弱枝”的政策。削弱地方割据势力。他以董仲舒的“大一统”为理论依据，采纳文人主父偃的建议：颁布“摧恩令”规定诸侯王除由长子继承王位外，还可以摧恩，将其余的诸子在原封地内封侯，新封的国王不受原国王管辖，直接由各地的郡县管理。这一措施名义上是皇帝施恩德，实际上剥夺了诸侯王的政治，军事权力，缩小了诸侯王的地盘。
对地方霸权势力也以狠狠的打击。对利用宗法关系拉帮结伙，权行州城，独霸一方的人，他一方面继续推行汉朝以来所实行的“迁徙豪强”的办法，把他们赶到关中，置于中央政府的控制之下，一方面采取任用酷吏诛杀豪强。
改革监察制度，把全国划为十三个州，每个州派刺史一人，于每年的秋天巡行郡国一次。经考察认为优秀的地方官，就可以推荐到中央任职。恶劣的可以罢官，中央选择酷吏监察和约束吏治。
对兵制和法制方面，予以加强中央集权，如中央常备军中增设期门军，羽林军隶属南军。又增设楼船水兵。这样对中央集权有了更加坚强的支柱，同时也加强了对外出战和对内镇压的力量。
对法律更为严密繁苛。律令多至359条，大辟409条，1812事，死罪决事13472事，这也表明了封建专制主义对人民统治的残酷性。
当时由于频繁的战争，和宫廷奢侈（匈奴浑邪王招降赏赐百多亿，还有山东水灾，张骞二次出使西域。）这些原因给当时国家经济带来了一度贫困紧张，于是武帝进行经济改革，他着重采取了四个方面的措施：
第一，改革钱币制，把铸币权收归中央。原来允许郡国自铸钱币即造成盗铸如云而起。武帝下令禁止郡国铸钱，销毁各地私铸币，成立全国统一的铸币机构，指定官吏专门负责。
第二，国家统一经营盐铁事业。原来往往成百上千人在山区海滨或采矿冶铁或煮海制盐。武帝为增加中央政府的财政收入，打击富商大贾的势力，下令禁止民间从事盐铁业，任命当地的大盐商为盐官或铁商管理煮盐，制造铁器和买卖盐铁等事务，不产铁的地方设了铁官。
第三，对其全国的其他物品属于重要的均实行国家垄断统一收运。贵则卖出，贱则收入。
第四，打击富商大贾。高利贷的经济势力。增加政府的财政收入。武帝下令颁布了算緍和告緍的命令。算緍就是向大商人高利贷征收财产税，“告緍”就是鼓励知情者告发，查实后奖给告发者一半。
武帝的上述经济政策都是在重农仰商的原则下进行的，他对农业也采取了一些积极措施，比如非常重视水利建设，关中地区许多著名的水利工程都是汉武帝时期修建起来的。
汉武帝时代还非常重视开拓疆土，威震四方。当时西北边疆和蒙古高原匈奴贵族，素具有贪婪性和掠夺性，给西汉边疆的吏民带来了很大的灾难，也给西汉的政权造成了很大的威胁。汉武帝为建立一个“大一统”的帝国，推行抗击和“征抚”的民族政策。他不断北伐匈奴，迫使匈奴北迁，派人出使西域，确立西汉对西域的宗主地位。平定闽越和南越的叛乱，稳定了西南地区的统治，开拓了东北和西北边疆。元狩二年（前121），对匈奴的战役后，控制了河西走廊，并设张掖、酒泉、敦煌等郡，使今新疆，甘肃西部开始进入中国的版图。东北地区的疆域则从辽东半岛一直扩大到浑江、鸭绿江流域。