汉武帝是中国历史上第一位派大军深入匈奴腹地进行决战的皇帝。通过大量移民在西北边郡屯田，这对反击匈奴战争的胜利、经营西域起了重大作用。李广利伐大宛后，西域南道诸国多臣服于汉，宣帝神爵二年（公元前60年），匈奴日逐王降汉，匈奴不敢争西域，罢僮仆都尉。宣帝任命郑吉为西域督护，管理西域南、北道诸国，西域诸国臣服于汉。至此，西边直达里海，都成为了汉朝的疆域。
汉武帝是中国历史上第一位提出要北方游牧民族———匈奴臣服于中原王朝的皇帝，为此又在今内蒙筑受降城。 从公元前133年至119年，汉武帝派兵和匈奴进行了多次作战。其中决定性的战役有三次：河南之战、河西之战和漠北之战。
公元前133年，武帝采纳王恢的建议，派遣李广、公孙贺、王恢、李息、韩安国五将军，率30万汉军，埋伏在马邑附近。又派聂壹出塞与匈奴交易、诱敌。匈奴军臣单于发现这是诱兵之计，便立即引兵撤退。汉朝30万大军无功而返。
公元前127年，匈奴贵族以两万骑入侵上谷（河北怀来县）、渔阳。汉武帝采取声东击西的策略，派青年将领卫青率3万骑出云中（内蒙托克托县），西至陇西（甘肃东部），收复河套地区，扫除匈奴进犯的军事据点。 卫青采取迂回进攻的方法，从后路包抄，一举赶走匈奴的楼烦王和白羊王，解除了长安的威胁。 于是，汉武帝在那里设朔方郡、五原郡，移民10万屯垦，又重新修了秦代的旧长城，派兵驻守。 卫青升为长平侯。
公元前124年，卫青率骑兵赶走了匈奴的右贤王，生擒匈奴王子10余人，凯旋而归。汉武帝破格提升卫青为大将军，成为全军的统帅。 第二年，在和匈奴的战斗中又涌现出一位18岁的将领霍去病。他是卫青的外甥。一次，他一马当先，率领800骑兵突进匈奴营地几百里，取得大胜。 汉武帝据此封他为冠军侯，给他造了一座阔气的房子，让他去看。霍去病说：“匈奴未灭，无以家为！”。
公元前121年。汉武帝派霍去病出陇西，越过焉支山（甘肃山丹县东南胭脂山）西进，入匈奴境千余里，和匈奴军短兵肉搏，大获全胜。 同年夏天，霍去病第二次西征，越居延泽（内蒙古居延海），攻到祁连山，大破匈奴军，河西的匈奴贵族损失惨重。 同年，匈奴贵族内部分裂，浑邪王率四万人降汉。这次战役后，汉在这里置武威、酒泉、张掖、敦煌四郡，历史上称“河西四郡”。 从此打开了汉通西域的道路。
公元前119年的漠北战役规模最大。汉武帝派卫青、霍去病率10万骑兵，几十万步兵，分别从定襄郡（内蒙呼和浩特东南）和代郡（河北蔚县）出发，共击匈奴单于（匈奴首领）于漠北。 卫青北进千余里渡过大沙漠（戈壁沙漠），直抵阗颜山（蒙古杭爱山脉），歼敌1.9万余人。霍去病深入1000多公里，追击匈奴左贤王兵到狼居胥山（蒙古肯特山），俘敌7.4万余人，饮马瀚海，到达今天的贝加尔湖（俄罗斯）。 漠北之战给匈奴以致命打击，出现了“匈奴远遁，漠南无王庭”的局面。从此，匈奴北徙漠北并西迁。汉北自朔方，西至令居（甘肃永登），以60万吏卒屯田，加强防守。 汉武帝取得抗击匈奴的战争的胜利，使国家更加统一，长城内外“马牛放纵，畜积布野”，为经济文化的发展创造了极为有利的条件。匈奴帝国开始走向衰落。
远征大宛：大宛，地处乌兹别克费尔干纳盆地，张骞出使西域后，汉武帝为了得到汗血马于是命使者，带黄金二十万两及一匹黄金铸成的金马去大宛国都，求换汗血马。但大宛国王毋寡以汗血马为大宛国宝而拒绝，汉朝使节就在毋寡面前，破口大骂，并把金马击碎，掉头而去，毋寡因而大怒并杀死使团，夺走金银财宝。汉武帝闻使者被杀，财物被劫，不禁大怒，立命李广利任贰师将军，发兵数万远征大宛。太初四年（公元前101年），汉武帝命李广利远征大宛。 汉军人多势众，声势浩大，沿途小国不敢对抗，纷纷开城出迎，供给食粮和饮水。只有轮台（新疆轮台）抗拒汉军，闭城紧守。 汉军攻数日，破城，屠轮台，此后无人敢挡。直袭大宛都城贵山城，首先切断其水源，然后将贵山城团团包围，日夜攻打，破其外城，杀大宛勇将煎靡。大宛统治集团内部终于发生内讧，其贵人多怨大宛王毋寡，于是共同杀死毋寡，遣使持毋寡首级赴汉营求和，表示愿将良马驱出供汉军挑选，从此大宛服属西汉。李广利命搜粟都尉上官桀攻打郁成城。经过激战，郁成城守军终于抵敌不住，战败投降，郁成王逃往康居。上官桀率军追至康居，向康居要人。康居见大宛已破，遂将郁成王交与上官桀。上官桀手下上邽骑士赵弟在途中杀郁成王。汉军击败大宛，威震西域。西域诸国纷纷遣子弟入汉贡献，并作为人质。西域臣服。
车师（姑师）之战：元封三年（公元前108年），汉武帝令从票侯赵破奴击破姑师，威震乌孙、大宛等西域诸国。 征和四年（公元前89年），汉武帝令重合侯莽通（一称马通）率4万骑兵击匈奴，途经车师北。莽通令成娩率军中楼兰、尉犁、危须等西域6国兵，进攻车师，以扫除大军前进的障碍。6国兵将车师团团包围，车师投降，臣属于汉。
楼兰之战：元封三年（公元前108年），汉武帝命从票侯赵破奴率兵数万击姑师（车师）及楼兰。姑师也多次袭杀汉使。赵破奴令数受楼兰追杀、拦截之苦的王恢为先锋，率700人，攻破楼兰，俘楼兰王。楼兰降服于西汉。
龟兹之战：汉武帝通西域后，李广利破大宛回军途经扞弥，恰逢赖丹要去龟兹为质。李广利派人责问龟兹王，龟兹王听从姑翼之议，派兵攻杀赖丹，后又害怕，遂上书谢罪。宣帝本始三年（公元前71年），长罗侯常惠，监护乌孙发兵5万大破匈奴后，回朝途中，上书请击龟兹，以偿杀赖丹之罪，常惠调集龟兹以西诸兵2万人，又遣副使调集龟兹东面诸国兵2万人，令乌孙发兵7千，从三面进击龟兹。龟兹王极为惊恐，急忙相告，杀赖丹是前王听信贵人姑翼所干，于己无关，并执姑翼来见常惠。常惠斩姑翼，罢兵。
莎车之战：汉武帝通西域后，莎车与西汉建立了友好关系，不断遣子入汉为质。汉宣帝元康元年（公元前65年），卫候冯奉世护送大宛等国使臣回国，途经鄯善国伊脩城，驻守于此的汉都尉宋将向他报告了莎车的不轨行为。此时，西域都护郑吉在北道诸国间。冯奉世与副使严昌商议，认为如不立即攻莎车，待其势力强大将难以制服，那样必然危及汉在西域的统治。于是冯奉世下令调集诸国之兵，进击莎车，破莎车城，呼屠征自杀。冯奉世另立莎车王其他昆弟为王。其余诸国叛乱也被平息，恢复了西汉在这里的统治。
公元前109年，汉武帝派兵由水、陆两路进攻，灭亡盘踞在朝鲜半岛北部的卫氏朝鲜。 公元前108年，汉武帝统一其旧域后，在那里划分地方行政区域，设置了乐浪郡（约在今朝鲜平安南道，治所朝鲜县城是故卫氏朝鲜都城王险城，位于今平壤大同江南岸）、玄菟郡（约在今朝鲜咸镜道）、真番郡（约在朝鲜黄海道、京畿道各一部）、临屯郡（约在今朝鲜江原道），史称“汉四郡”。四郡其下各辖若干县，郡县长官由汉朝中央派遣汉人担任。很显然，“汉四郡”的设置，说明汉武帝已经将朝鲜半岛北部地区纳入了汉帝国的统治范围。
汉武帝元鼎五年春，杀南越王、王太后及汉使，歼灭韩千秋军。是年秋，武帝遣路博德、杨仆等兵分五路沿水道征讨南越。元鼎六年冬，汉军攻克南越国都番禺，生擒南越王相吕嘉。南越亡。汉在南越设立南海，儋耳、珠奎、苍梧、玉林、合浦、交趾、九真、日南9郡。元鼎六年秋，武帝下令分兵征讨东越。至元封元年(前110年)，各路汉军进至东越国境，原越建成侯敖与繇王居股合谋，杀余善降汉。武帝鉴于闽越地势险恶，其人又多次图谋反汉，诏命各路将领将当地民众迁徙到江、淮地区。闽越遂亡。至此，长期处于半割据状态的东越、南越地区，均归属汉朝，南边的疆域到达今天越南的南部。 …
