经过汉初几代统治者的休养生息政策，汉朝的国力在刘彻即位后已相当厚实。而刘彻自即位以来，就一改汉初的战略防御政策，积极进取，征伐四方，力图实现“王者无外”的“大一统”的局面。刘彻开疆拓土的用兵对象首先在南方。建元年间，刘彻两次出兵闽越，都不战而胜。这令刘彻颇有成就感，坚定了他征伐四方的意志。他派严助向反对出兵的淮南王刘安传达自己的意思，强调“汉为天下宗，操杀生之柄，以制海内之命，危者望安，乱者卬治”，即汉朝是天下万国的宗主，具有征伐四方、扶危平乱的使命，其对外用兵的合法性也在于此。

刘彻最重要的战略目标是“灭胡”，即消除匈奴对汉朝的威胁。为了实现这个目标，他在建元年间派张骞出使西域，试图与迁徙到西域的匈奴世仇大月氏结成军事同盟。但张骞在途中被匈奴扣押，逃脱后亦未能说服大月氏联合汉朝，因此与大月氏结盟“灭胡”的计划没有实现。建元六年（前135年），匈奴又派人来汉朝要求和亲，朝中分为大行令王恢为首的主战派和御史大夫韩安国为首的主和派，经过一番争论，刘彻采纳了主和派的主张，准备再对匈奴韬光养晦一段时间。到了元光二年（前133年），王恢向刘彻提出了马邑之谋，试图利诱匈奴军臣单于入境，在马邑谷中设伏灭之。刘彻批准，但该计划因行动不周而没有成功，王恢下狱自杀。此后匈奴断绝了与汉朝的和亲，更加频繁地入侵汉朝边塞。

在这种情况下，主父偃、严安等刘彻近臣提议恢复与匈奴和亲，以换取国家的稳定。但刘彻并未对匈奴让步，而是果断提拔卫青、霍去病北击匈奴。自元光六年（前129年）以来，卫青等将领连年出塞，大破匈奴，收复河套地区，建筑朔方城，使汉朝在对匈斗争中逐渐居于主动地位。元狩二年（前121年），骠骑将军霍去病西征匈奴右地，开拓河西走廊，浑邪王部四万余人降汉，其后陆续设置四郡（酒泉、张掖、武威、敦煌），隔绝了羌人和匈奴的往来，控制了前往西域的道路。元狩四年（前119年），卫青、霍去病等将领发动“度幕”作战，深入漠北，大破匈奴，从此匈奴远遁，“幕南无王庭”。但汉朝也付出了相当的损失，再加上霍去病在入塞两年后去世，此后“久不北击胡”，对匈奴的攻势告一段落。

对匈奴的战事告一段落后，刘彻又剑指其他方向，继续开疆拓土。元鼎四年（前113年），刘彻派安国少季、终军等出使南越，说服南越王赵兴内附。但南越丞相吕嘉不愿归汉，于翌年杀死南越王赵兴及其母汉女樛氏，安国少季、终军等汉使亦遇害。刘彻遂派路博德、杨仆等发兵消灭南越，设置南海等九郡，将今广东、广西、海南以及越南中北部地区并入版图。此后几年，又陆续平定西羌、卫氏朝鲜、东越、西南夷等政权或民族，将今青海东部、朝鲜半岛北部、云贵高原等地并入版图。