汉武帝晚年时极其迷信神鬼。有一次，他梦见数千个木人来打他，醒来后就病倒了。汉武帝立即怀疑有人以巫蛊诅咒他，就派江充去调查。江充无中生有，先后害死了包括汉武帝两个女儿和丞相公孙贺父子在内的数万人，后又诬陷太子。太子无奈假传圣旨捕杀江充，兵发长安，结果兵败自杀，皇后卫子夫也自杀而死。贰师将军李广利也被指控以巫蛊诅咒皇帝，迫使李广利投降了匈奴，致使7万汉军全军覆没。这次失败使武帝受到极大震动，他醒悟过来，诛灭了江充全家，为太子昭雪，建思子宫与归来望思之台纪念太子。
“巫蛊之祸”促使武帝开始检讨自己的过失。公元前89年，武帝东巡途中祭祀泰山明堂时，对天地神灵和文武百官深切忏悔。同年6月，武帝下轮台罪己之诏，说：“增加赋税以为军费，驻军轮台都是‘扰劳天下’的行为，朕不忍为之，现在当务之急是禁除苛政，减少赋税，与民休息。”
汉武帝的文治武功、雄才大略不仅巩固了中国封建社会大一统的中央集权制度，确立了以汉族为主体的统一的多民族国家，促进了全国各族人民的团结，加强了中西方的交流，形成了著名的“丝绸之路”，而且还奠定了中国地大物博的基础以及今日中国之版图。汉武帝缔造了汉帝国的鼎盛之世，在历史上，西汉和唐朝并称“汉唐盛世”，均为世界强国。