8冬，十二月，兒宽卒。
武帝太初三年（己卯，公元前102年）
1春，正月，任命胶东太守延广为御史大夫。
2汉武帝又东巡到海边，考察历年来寻访神仙的成效，都没有结果。下令祭祀官祭祀东泰山。夏，四月，返回京师，途中在泰山祭天，在石闾祭地。
3匈奴儿单于死，因其子年少，匈奴人立了他的叔父右贤王呴犁湖为单于。
4汉武帝派光禄勋徐自为从五原出塞，近者数百里，远者数千里，修筑城堡、障壁、岗亭，西北到庐朐。又派游击将军韩说、长平侯卫伉屯驻其旁，派强弩都尉路博德在居延海边上筑城。秋，匈奴大举攻入定襄、云中，杀死和掳掠数千人，打败好几位二千石以上级别官员率领的部队，得胜而去，一路破坏徐自为所修筑的城堡、障壁和岗亭；又派右贤王攻入酒泉、张掖，掳掠数千人。军正任文援军赶到，右贤王放弃所有俘虏和战利品，脱身而去。
5这一年，睢阳侯张昌因为担任太常（掌祭祀）时，祭祀工作不力，被撤除爵位和封地。
当初，高祖封功臣列侯一百四十三人。当时战争刚刚结束，人口凋敝，大城、名都人民死亡离散，户口只有战前的十分之二三，大侯不过万户，小侯才五六百户。高祖封爵时立誓说：“如果有一天，黄河干涸到只有一条衣带那么宽，泰山崩毁到只有一块石子那么大，你们的封国一样永存，传之子孙后代!”这誓言用朱砂写下来，颁发丹书给功臣作为证明，又杀白马盟誓。
到了高后时期，对列侯等级位次又重加厘定，藏诸宗庙，并在有关部门收藏副本。
经过文帝、景帝四五代人，流民回乡，户口蕃息，人口大增，列侯大的有三四万户，小的至少也翻倍了，列侯的财富也水涨船高。子孙骄奢**逸，经常犯法，以致闯下大祸，丧身亡命，封国也被撤除。到如今，一百四十三个原始封国，只剩下四个。当然，个个都犯法，也是后来法网稍微有点密了。
【柏杨曰】
最后剩下的四个是：酂侯萧寿成，萧何后代；缪侯郦世宗，郦商后代；汾阳侯靳石封，靳疆后代；睢阳侯张昌，张敖后代。如今张昌的封爵被撤除，老侯国只剩三个了。
6全部损失了浞野侯赵破奴的部队之后，朝廷公卿们都认为应该停止对大宛的军事行动，集中力量攻打匈奴。但是，天子认为，既然已经出兵攻大宛，如果连区区大宛小国都不能攻下，那么周边的大夏等国都要轻视汉朝，而大宛的良马更加不可能得到了。乌孙、轮台等国，则更容易虐待汉朝使团，让汉朝成为外国笑柄。于是汉武帝处罚了认为征讨大宛不利的邓光等人，并赦免囚徒，征发那些品行恶劣的青年和边境地区的骑兵部队，在一年多的时间里动员六万多人到敦煌报到，自带粮食自愿从军的，还不在此列。还有牛十万头，马三万匹，驴、骆驼也数以万计，粮秣、武器等各种物资十分充足，以致天下**，全都动员起来支援前线，运输物资给率军伐宛的五十多个校尉。
由于大宛都城中没有水井，靠汲取城外河流的水源，于是汉武帝又派水利工程师随军出征，准备将城外河流改道，渴死大宛人，并且利用原来的引水渠道攻进城去。另外，增派边防部队十八万人在酒泉、张掖驻防，并在居延、休屠屯兵以护卫酒泉（防备匈奴突袭）。
汉武帝下令，征发天下有罪的小吏、逃犯、上门女婿、商人，或者曾经做过商人的，或者父母曾经做过商人的、祖父母曾经做过商人的，一共七种人，全部从军，并载运干粮给贰师将军。转运的车马人众，络绎不绝。汉武帝还任命两位熟悉马匹的人，一个做执马校尉，一个做驱马校尉，准备攻破大宛之后负责挑选马。
于是贰师将军李广利得到了巨大的人力物力增援后，再次出征。由于汉军众多，沿途小国不敢抵抗，全部开城出迎，给大军供应饮食。到了轮台，轮台国不肯出降，于是攻城，数日后攻下，屠杀全城。自此之后，无人敢挡，一路平安无事，到了大宛。
于是大宛交出良马，让汉军自己挑选，又供应了很多粮食给汉军。汉军挑选了最优良的马数十匹，中等以下的马三千余匹，又立大宛贵族中以前比较亲汉的昧蔡为大宛王，与他盟誓之后，撤军回国。
当初，贰师将军李广利从敦煌出发西征，兵分数路，分别从南道、北道挺进。校尉王申生率千余人经过郁成，被郁成王歼灭，只有数人逃脱，逃到李广利大军。李广利下令搜粟都尉上官桀前往攻打郁成。郁成王逃亡到康居，上官桀一路追到康居。康居听说汉军已经击破大宛，将郁成王交给上官桀。上官桀派四个骑士将郁成王绑送到李广利军营。上邽骑士赵弟怕路途生变，拔剑斩了郁成王的头，追送给李广利。
武帝太初四年（庚辰，公元前101年）
1春，贰师将军李广利回到京师长安，沿途经过的西域小国听说大宛城破，都派遣其子弟跟着汉军入朝进贡，觐见天子，并留下做人质。大军返回，带来一千多匹大宛马。此番第二次出征，军队不缺粮食，战死者也不多，但是将吏贪暴，不爱士卒，侵夺虐待，以致大批死亡。天子认为万里征伐，不计较这些过失，下诏封李广利为海西侯，封赵弟为新畤侯，任命上官桀为少府。其他军官、军吏位列九卿的有三人，为诸侯国相、郡守、二千石以上官员的一百余人，一千石以下官员的一千余人，自愿从军出师的所得的官职都超过了他们的期望，因犯罪而被征发的一律赦免原罪。士卒们也获得价值四万钱的赏赐。
楼兰王说：“小国在大国的夹缝中生存，不两边讨好，就不能自安，我请求举国迁徙到汉地居住。”汉武帝认为他说的也是实话，于是放他回国，让他协助监视匈奴动向。匈奴从此也不再亲信楼兰。
自从大宛国被打败后，西域各国震惧，派往西域的汉使因此越发顺利地完成使命。于是从敦煌向西直到盐泽，处处建起岗亭、驿站，而从轮台、渠犁等地都有屯田的士卒数百人，设置使者、校尉，以保护及供应外国使者。
之后又过了一年多，大宛贵族们认为昧蔡之前对汉使过于谄媚，才招致兵祸，于是相互密谋，杀了昧蔡，立毋寡的弟弟蝉封为王，并将蝉封的儿子派到汉朝做人质。汉朝于是派使者颁发赏赐，用以安抚。蝉封与汉朝盟约，每年贡献天马二匹。
2秋，汉武帝修建明光宫。
3冬，汉武帝巡游回中地区。
4匈奴呴犁湖单于死，匈奴即立其弟左大都尉且鞮侯为单于。天子乘着讨伐大宛的余威，遏制匈奴，下诏说：“高皇帝给朕留下平城之忧（指当年刘邦在平城被冒顿包围），高后的时候，单于又送来狂悖无礼的书信。想当年齐襄公报复九世之仇，《春秋》都认为他是伸张大义啊!”且鞮侯单于刚刚继位，担心汉朝袭击他，于是说：“我是儿子辈的，怎么敢冒犯汉朝天子呢，汉朝天子，那是我的长辈啊!”于是把过去被扣押且坚决不投降的汉使，如路充国等，都释放回国，又派使者来进贡。
武帝天汉元年（辛巳，公元前100年）
1春，正月，汉武帝巡游甘泉，郊祀太一神庙。三月，巡游河东，祭祀后土。
2汉武帝嘉奖匈奴单于之通晓大义，派遣中郎将苏武将留在汉朝的匈奴使者送回，又送上厚礼，答谢他的善意。苏武与副中郎将张胜以及假吏常惠等一起出使（假吏，又称兼吏，没有正式官职，给一个身份，参加执行任务），到了匈奴，向单于送上财货。单于的态度表现，却和他之前的话大相径庭，非常骄傲，完全不是汉朝期望的那样。
这时候，匈奴缑王跟长水人虞常等人（缑王，是浑邪王姐姐的儿子，和浑邪王一起降汉，后来跟着浞野侯赵破奴出征，被匈奴包围投降，虞常也是跟他一起投降的将领），以及卫律当年所率领的降将们暗中商议，企图劫持单于的母亲阏氏归汉。卫律的父亲之前是长水的匈奴人，卫律之前和协律都尉李延年关系很好，李延年介绍他出使匈奴，出使回来，听说李延年家族被诛杀，于是转头逃亡，投降匈奴。单于喜爱他，经常跟他商量国家大事，立他为丁灵王。虞常在汉朝时，一向与副使张胜相知，私下找张胜说：“我听说汉天子非常怨恨卫律，我能够为汉朝伏弩射杀卫律。我的母亲、弟弟都在汉朝，希望他们也能得到赏赐。”张胜同意了虞常的要求，并送给虞常财物。
单于派卫律负责审讯。张胜听说后，恐怕之前的对话会被供出，才把前后事情告诉苏武。苏武说：“事已至此，必然会牵扯到我们，等到被逮捕再死，就辜负了国家。”于是要自杀，张胜、常惠一起制止了他。
虞常果然供出张胜。单于大怒，召集诸位贵族商议，要杀汉朝使者。左伊秩訾说：“处罚太重了，他们要杀的是卫律。如果杀卫律是死罪，那万一有密谋要杀单于的，又怎么处罚呢？应该叫他们全部投降。”
单于派卫律把苏武召来问话。苏武对常惠等人说：“我辱没了天子符节，又不能完成使命，有什么面目再回国呢？”于是拔出佩刀自杀。卫律大惊，冲上前抱住苏武，派人急忙召来医生，在地上挖了一个坑，燃起炭火，将苏武放在土坎上，推拿苏武背部，使淤血流出。苏武昏厥气绝，半日之后才苏醒过来。常惠等哭泣，用轿子把苏武抬回营地。单于很钦佩苏武的气节，早晚都派人问候，而将张胜逮捕。
苏武痊愈之后，单于派人劝谕苏武，要他投降。正赶上处决虞常，便打算乘此机会招降苏武。用剑斩下虞常的人头之后，卫律说：“汉使张胜谋杀单于的近臣，当死，单于下令，如果投降，就赦免罪行。”然后挥剑要斩张胜，张胜请降。卫律又对苏武说：“副使有罪，正使应该连坐。”苏武说：“我本来没有参与这阴谋，又不是他的亲属，干吗要连坐？”卫律再举剑要斩苏武，苏武纹丝不动。卫律说：“苏先生!卫律我之前背叛汉朝，投降匈奴，幸蒙单于大恩，赐号称王，拥众数万，马畜弥山，富贵如此!苏先生今日投降，明天就和我一样!如果横尸草野，又有谁知道呢？”苏武不回应。卫律又说：“苏先生如果是因为我的话而投降，我就与苏先生结为兄弟。如果不听我的话，以后想要见我，还见得到吗？”苏武骂卫律说：“你为人臣子，不顾恩义，叛主背亲，为降虏于蛮夷，我见你干吗？况且单于信任你，让你能决人生死，你不平心持正、公平审理，反而想挑拨两国君主相斗，以观祸败。南越杀了汉朝使者，被灭国为九郡；大宛王杀了汉朝使者，人头悬挂在长安北门；朝鲜杀了汉朝使者，即时诛灭。唯独匈奴还没有干过这种事。如今你明知我不会投降，你想让两国爆发战争吗？如果你杀我，匈奴之祸，就从我开始!”
卫律知道苏武终不会受他的胁迫，只得禀告单于，单于更加敬重苏武，更想招降他。于是将苏武关在一个大窖里面，绝其饮食，天雨雪，苏武就着雪吞食皮衣上的羊毛，数日不死。匈奴人都认为他简直是神，于是将苏武流放到北海（贝加尔湖）无人区，让他放牧一群公羊，说：“等公羊产奶了，就放你回去。”同样拒绝投降的苏武的部下，如常惠等，则被分别安置在其他地方。
4夏，大旱。