汉武帝的雄才大略，更为重要的是表现在他在巩固和发展我国多民族统一国家方面所作出的贡献。在他统治的五十四年里，他平定了闽越和南越的叛乱，加强了对西南夷地区的统治，开拓了东北和西北的疆土，使今新疆和甘肃西部纳入祖国的版图，东北地区的疆域则从今辽东半岛一直扩大到浑江、鸭绿江流域。汉武帝还对北方强悍的匈奴奴隶主贵族进行了反击战争，解除了北方游牧民族对汉王朝的巨大威胁，保证了山西、河北一带农业生产的正常进行。
（一）北击匈奴
公元前3世纪的战国时期，在我国北方的大草原上兴起了一个游牧民族——匈奴。秦末汉初，即匈奴冒顿单于、老上单于、军臣单于统治时期（前209—前128年），匈奴势力达到极盛，统治着东到大兴安岭，西到祁连山、天山，北到贝加尔湖，南到河套的广大地区。匈奴贵族为了掠夺财物和奴隶，经常南下骚扰中原王朝的北部边疆。
西汉初年，汉王朝由于经济力量尚未恢复起来，而且内部不够稳定，从刘邦在位时期到汉武帝初年，一直对匈奴实施和亲政策，每年送给匈奴大量的礼物和金钱。但是，和亲政策并没能阻挡匈奴贵族的侵扰，北部边疆的生产时常遭到破坏，无数汉族人民被抢走或杀死。汉武帝即位后，专制集权空前强化，社会经济有了很大发展，军事实力也得到加强。汉武帝决定改变和亲政策，发动了全面反击匈奴的大规模战争。
公元前129年，匈奴又一次兴兵南下，前锋直指上谷（今河北省怀来）。汉武帝果断地任命卫青为车骑将军，迎击匈奴。这次用兵，汉武帝分派四路出击。车骑将军卫青直出上谷，骑将军公孙敖从代郡（今河北蔚县东北）出兵，轻车将军公孙贺从云中（今内蒙古托克托东北）出兵，骁骑将军李广从雁门出兵。四路将领各率一万骑兵。卫青虽是首次出征，但他英勇善战，直捣龙城（匈奴祭扫天地祖先的地方），斩首七百人，取得胜利。另外三路，两路失败，一路无功而还。汉武帝看到只有卫青胜利凯旋，大家赞赏，加封其为关内侯。
汉朝对匈奴的反击，使得匈奴的进犯更加猖狂了。公元前128年的秋天，匈奴骑兵大举南下，先攻破辽西，杀死了辽西太守，又打败渔阳守将韩安国，劫掠百姓两千多人。汉武帝派匈奴人敬畏的飞将军李广镇守右北平（今辽宁省凌源西南），匈奴兵则避开李广，而从雁门关入塞，进攻汉朝北部边郡。汉武帝又派卫青出征，并派李息从代郡出兵，从背后袭击匈奴。卫青率三万骑兵，长驱而进，赶往前线。卫青本人身先士卒，将士们更是奋勇争先。斩杀、俘获敌人数千名，匈奴大败而逃。
公元前127年，匈奴贵族集结大量兵力，进攻上谷、渔阳。武帝决定避实击虚，派卫青率领大军进攻长期被匈奴盘踞的河南地（黄河河套地区）。这是西汉对匈奴的第一次大战役。卫青率领四万大军从云中出发，采用“迂回侧击”的战术，绕到匈奴军的后方，迅速攻占高阙（今内蒙古杭锦后旗），切断了驻守河南地的匈奴白羊王、楼烦王同单于王庭的联系。然后，卫青又率领精骑，飞兵南下，进到陇西，形成了对白羊王、楼烦王的包围之势。匈奴白羊王、楼烦王见势不好，仓皇率兵逃走。汉军活捉敌兵数千人，夺取牲畜一百多万头，完全控制了河套地区。因为这一带水草肥美，形势险要，汉武帝在此修筑朔方城（今内蒙古杭锦旗西北），设置朔方郡、五原郡，从内地迁徙十万人到那里定居，还修复了秦时蒙恬所筑的边塞和沿河的防御工事。这样，不但解除了匈奴骑兵对长安的直接威胁，也建立起了进一步反击匈奴的前方基地。
匈奴贵族不甘心在河南地的失败，一心想把朔方重新夺回去，在几年内多次出兵，但都被汉军挡了回去。公元前124年春，汉武帝命卫青率三万骑兵从高阙出发；苏建、李沮、公孙贺、李蔡都受卫青的节制，率兵从朔方出发；李息、张次公率兵由北平出发。这次总兵力有十几万人。匈奴右贤王认为汉军离得很远，一时不可能来到，便放松了警惕。卫青率领汉军急行军六七百里，趁着黑夜包围了右贤王的营帐。这时，右贤王正在帐中拥着美妾，畅饮美酒，已经醉意浓浓了。忽听帐外杀声震天，火光遍野，右贤王惊慌失措，忙把美妾抱上马，带了几百壮骑，突出重围，向北逃去。汉军轻骑校尉郭成等领兵追赶数百里没有追上，却俘虏了右贤王等小王十余人，男女一万五千余人，牲畜几百万头。汉军大获全胜，高奏凯歌，收兵回朝。
经过几次打击，匈奴依然猖獗。入代地，攻雁门，劫掠定襄（今内蒙古和林格尔）、上郡（今陕西绥德东南）。公元前123年农历二月，汉武帝又命卫青攻打匈奴。公孙敖为中将军，公孙贺为左将军，赵信为前将军，苏建为右将军，李广为后将军，李沮为强弩将军，分领六路大军，统归大将军卫青指挥，浩浩荡荡，从定襄出发，北进数百里，歼灭匈奴军数千名。这次战役中，卫青的外甥霍去病率八百精骑首次参战，取得了歼敌两千余人的辉煌战果。战后全军返回定襄休整，一个月后再次出塞，斩获匈奴士兵一万多名。但是，右将军苏建和前将军赵信与匈奴打了一场遭遇战，汉军死伤惨重，苏建突围逃回，赵信原本便是匈奴降将，兵败后又投降了匈奴。
公元前121年，西汉对匈奴的第二次大战役开始，霍去病担任指挥，战后汉朝完全控制了河西地区，切断了匈奴与羌人的联系。为了彻底击溃匈奴主力，汉武帝调集全国的财力、物力，准备发动对匈奴的第三次大战役。公元前119年春，汉武帝召集诸将开会，商讨进军方略。他说：“匈奴单于采纳赵信的建议，远走沙漠以北，认为我们汉军不能穿越沙漠，即使穿越，也不敢多作停留。这次我们要发起强大的攻势，达到我们的目的。”于是汉武帝亲自挑选了十万匹精壮的战马，由大将军卫青、骠骑将军霍去病各率领精锐骑兵五万人，分作东西两路，远征漠北。为解决粮草供应问题，汉武帝又动员了私人马匹四万多，步兵十余万人负责运输粮草辎重，紧跟在大军之后。
原计划远征大军从定襄北上，由霍去病率骁勇善战的将士专力对付匈奴单于。后来从俘获的匈奴兵口中得知匈奴伊稚斜单于远在东方，于是汉军重新调整战斗序列。汉武帝命霍去病从东方的代郡出塞，卫青从定襄出塞。卫青大军北行一千多里，跨越大沙漠，与严阵以待的匈奴军遭遇了。卫青临危不惧，命令部队用武刚车（铁甲兵车）迅速环绕成一个坚固的阵地，然后派出五千骑兵向敌阵冲击。匈奴出动一万多骑兵迎战。双方展开激战，非常惨烈。黄昏时分，忽然刮起暴风，尘土滚滚，沙砾扑面，顿时一片黑暗，两方军队互相不能分辨。卫青乘机派出两支生力军，从左右两翼迂回到单于背后，包围了单于的大营。伊稚斜单于发现汉军数量众多，而且人壮马肥、士气高昂，大为震动，料知很难取胜，就慌忙跨上马，在数行精骑的保护下奋力突围，向西北方向飞奔而去。
这时，夜幕已经降临，战场上双方将士仍在喋血搏斗，喊杀声惊天动地。卫青得知伊稚斜单于已突围逃走，马上派出轻骑兵追击。匈奴兵得知单于已经出逃，军心大乱，四散逃命。卫青率大军乘夜挺进。天亮时，汉军已追出二百多里，虽然没有找到单于的踪迹，却斩杀并俘虏匈奴官兵一万九千多人。卫青大军一直前进到真颜山赵信城（今蒙古乌兰巴托市西），获得了匈奴囤积的粮草，补充军用。他们在此停留了一天。然后烧毁赵信城及剩余的粮食，胜利班师。霍去病率领的东路军，北进两千多里，与匈奴左贤王的军队遭遇。经过激战，俘获了匈奴三个小王以及将军、相国、当户、都尉等八十三人，消灭匈奴七万多人。左贤王败逃而去。这次战役，汉军打垮了匈奴的主力，使匈奴元气大伤。从此以后，匈奴逐渐向西北迁徙，出现了“漠南无王庭”的局面，匈奴对汉朝的军事威胁基本上解除了。
（二）南征闽越
西汉时期的闽越，包括今天的福建和浙江一带，这一地区从秦始皇时期就已经是中央王朝的一部分。秦末农民战争期间，其地又出现了以温州为中心的东瓯和以福建为中心的闽越国两股割据势力。闽越国实力雄厚，“甲卒不下数十万”。闽越王凭借自己的实力，根本不把西汉王朝放在眼里，并且还经常派兵向西汉政府挑衅，或焚烧汉军的楼船，或用兵在汉境骚扰。“吴楚七国之乱”被平定后，闽越王让吴王刘濞的儿子到他那里避难，企图共同蓄谋反汉。闽越王还不断出兵向北边的东瓯和南边的南越进攻。这些活动不仅严重影响着西汉王朝在全国的统治，而且给人民带来了许多战乱之苦。汉武帝决心消除这一祸患。