汉武帝安排好设郡事务之后，诏令路博德等班师回朝。路博德已经受封为符离侯，这次又立大功，汉武帝增加了他采邑的户数。汉武帝还下令封杨仆为将梁侯，苏弘为海常侯，都稽为临蔡侯。原南越国投降的诸将领亦得封侯：南越的苍梧王赵光，在汉军前往问罪之前，业已投降，后来被封为随桃侯；揭阳县令史定为安道侯，越将毕取率为嘹侯；桂林部临居翁为湘城侯；吕嘉所立越王赵建德，原为越国高昌侯，念在已故越王份上，仍封为术阳侯。
汉武帝认为韩千秋最初出兵南越虽然全军覆没，但精神可嘉，就封他的儿子韩延年做了成安侯。樛乐的姐姐南越樛太后，首先倡议归附汉朝，汉武帝就封她的儿子广德为龙元侯。
至此，汉武帝消灭了三越割据政权，恢复为直属的郡县，促使了中国东南地区民族之间的融合，有利于这些地区经济文化的发展。而南越内属之后，更有利于中国与南洋、印度之间海上交通及贸易的发展。
通西南夷
秦汉时期，在巴蜀外围，即今四川西部与南部、贵州、云南及甘肃南部一带，分布着数以百计的大大小小的少数民族部落，统称为“西南夷”。这些少数民族有的仍过着氏族部落的生活，有的已经进入奴隶社会。
统辖南夷最早在公元前135年秋天，汉武帝就开始和西南夷打起了交道。那一年，闽越王趁着南越新主即位之机侵袭南越，南越向汉廷请求援助，汉武帝派王恢、韩安国兵分两路进攻闽越，闽越国发生内部暴动，闽越王骆郢被杀，闽越人函其头献给王恢，汉兵遂停止进攻。王恢让番阳（今江西波阳东北）县令唐蒙去南越报信。南越王赵胡设宴盛情款待唐蒙，席上有一种枸酱，唐蒙吃后极为称赞，问是哪里产的。赵胡告诉他，是通过牂柯江从蜀地运来的。唐蒙回到长安，从蜀商处得知只有蜀地产枸酱，蜀商把枸酱贩运到夜郎，夜郎临近牂柯江，江面宽阔，足以行船，又把枸酱远销南越，并一直流到番禺城下。
唐蒙核实了这一信息的可靠性，遂上书武帝说：“南越王坐着黄屋车，竖着左纛旗，僭用天子之制，占地东西达万余里，名为外臣，实际上是一方之主。要是圣上直接进取南越，必须经过长沙、豫章，那里水道多而且路途艰险，士兵们跋涉艰难。而夜郎国有精兵十万之众，可以为我所用。再乘坐战船，顺牂柯江而下，汉兵就犹如从天而降，这样可以出其不意，直捣南越的心脏地区，这是制服南越的一支奇兵。以汉朝的强大、巴蜀郡的富饶，先开凿出一条通往夜郎国的通路，在那里设置官吏治理，则向南攻取南越就是很容易做到的事情。谨此上闻。”
赵氏称王南越，汉武帝心中久已不快，也早有铲除之意，对唐蒙此计，自然颇为赞赏，遂擢升唐蒙为中郎将，拨给他军队一千多人，让他带着足够一万人使用的辎重，从汉朝西南边塞——巴郡的筰关（今四川省合江县南）出发，历尽艰辛，翻山越岭，终得以进入夜郎国境。
夜郎国王竹多同，向来僻处南方一隅，自立为王，平素与中原不通音讯，犹如井底之蛙，还认为世界之上唯我独尊。
唐蒙到了夜郎，竹多同闻知汉朝的辽阔、强盛，又亲眼目睹汉朝官仪威严，才晓得自己见识浅薄、孤陋寡闻，觉得相形见绌。于是，竹多洞同表示愿意归附汉朝。
唐蒙向夜郎国王送上了厚重的礼物，又极口铺张汉朝的强盛和繁华，竹多同听得瞠目结舌。唐蒙又令手下将缯帛取出，抖展开来，更加显得五光十色、锦绣成章。夜郎王见所未见、闻所未闻，不由得目瞪口呆。
唐蒙见时机已到，就劝竹多同举国内附，这样可不失封侯。他还拍着胸脯表态，将来若是在夜郎国设郡县的话，一定让竹多同的儿子当县令，而且汉朝将会派来官吏协助他。
竹多同见有如此多价值连城的礼物和丰厚优惠的条件，心中自然很是乐意。即刻下令召集附近各部落的酋长，与他们共同协商决定。
这些部落酋长看到汉朝送来的锦绣缯帛，不免垂涎三尺、艳羡不已，他们考虑到汉朝都城离夜郎这么遥远，料定不至于发兵驻守，实际控制权还是掌握在自己手中，就都怂恿竹多同，请求竹多同答应唐蒙提出的要求。
竹多同见各部落酋长们也一心与汉结好，就与唐蒙订定约章。唐蒙吩咐手下人将带来的缯帛等分给这些人，这些酋长们个个欣喜异常，抱着礼物雀跃而去。
唐蒙不负使命，即刻返回长安入朝面圣。汉武帝听了唐蒙的报告，心中大喜，下令以夜郎一带置犍为郡，郡治僰道（今四川宜宾东北），统辖了南夷。
为了便于统治，汉武帝又令唐蒙再度出使，前去负责修建联系夜郎和中原的道路。唐蒙征发巴蜀两郡的民夫，修筑自僰道抵牂柯江的大路。劳工数万人投入山丛，由于工程艰巨，粮饷供应不足，倾尽巴蜀之力也难以支应到底。再加上这里山高水急，地形复杂，气候炎热潮湿，瘟疫流行，许多人都失去了生命。很多人不堪折磨，纷纷逃亡。西南夷各部族不堪重负，多次举兵反抗，汉朝发兵阻击，仍旧劳而无功。这项工程耗时两年、耗资亿万，南夷的道路还是没有修通。唐蒙又用军法约束劳工，不让他们稍得休息，逃亡者抓住后即行诛杀，对于一些部落的人逃亡，就诛杀他们的酋长。地方百姓大为惶惑，于是谣言四起，局势动荡。是时，汉武帝已经大举北攻匈奴，收复了大片失地，设置了朔方、五原两郡，人力、物力都不够用，南夷道修不成，汉武帝也很发愁，就派博士公孙弘前往巴蜀视察访问。公孙弘做了实地调查，也认为南夷的道路不能再修了，但他返回后不是就事论事，而是极言通西南夷无用。心高气盛、眼空四海的汉武帝自然不会就此罢手。
眼看一番辛苦就要前功尽弃，汉武帝不得不另派合适的人选前去宣抚。汉武帝想到司马相如本是蜀郡人，应该熟悉地方情形，若是派他出抚南夷，应该比较妥当。于是，诏令司马相如即刻赴蜀处理此事，慰谕人民。
司马相如领令不敢有丝毫怠慢，急驰至蜀郡，凭着他满腹文采和生花妙笔，作了一篇檄文，晓谕各处人众，果然得到了各方谅解，纷乱的谣言都消失了，人心也安定下来。
招抚西夷邛都、筰、冉等西夷各部落听说南夷夜郎等部内附之后，都从汉朝得到了大笔赏赐，心中羡慕，也情愿仿照夜郎的方式，归属汉朝，他们当即与蜀中官吏联络，表明了他们归附的诚意。蜀中官吏自然派人将此事奏闻给汉武帝。
汉武帝对西夷了解不多，正准备派使者去调查情况，正好司马相如由蜀地回朝，汉武帝就召见司马相如，询问西夷的情况。
司马相如奏对说：“西夷比如邛都、筰、冉等国，与蜀郡相当接近，道路也比较平坦，秦朝时，曾在那里设立过郡县，大汉初兴时才撤退。今日如果能再纳入版图，设置郡县机构，要比管辖南夷方便多了。”
汉武帝听了司马相如的话，心中大喜。当即拜司马相如为中郎将，持节出使，令王然于、壶充国、吕越人为副使，分乘驿车四辆，前往招抚西夷。
此次司马相如再度赴蜀，与前次情形大不相同，前次官职尚卑，又非朝廷特派的正使，所以地方官员虽曾迎送，不过照例办事。到这次出使，司马相如出尽风头，前导后呼，旌旄高扬，声威赫赫，叹羡、啧啧之声响成一片。
司马相如进到西夷境内，也是照着唐蒙的老办法，把车中随带的以及从巴蜀两郡征用的财富、物产作礼品分给西夷各小国的君长。邛都、筰、冉、斯榆之君长都请求臣属汉朝，于是就拆除了边界的关卡，设置十余个县、一个都尉，属蜀郡管辖。这样，汉朝的领土也扩大到西夷地区。
汉武帝又下令废除边塞，开放关卡。疆界一直向西推展到沫水（今大渡河）和若水（今雅砻江），南到柯郡（今贵州省）郡界，统一了起来。又开凿了灵关山筑路，在孙水（今安宁河）上搭桥，道路一直通到邛都（今四川西昌）。司马相如等回长安上报武帝，武帝听了龙颜大悦。
后来，汉武帝又停止了对西夷的经营。在南夷，只设两个县：南夷、夜郎，另外派驻一名都尉。命犍为郡巩固已有的疆界，暂时停止向外扩展。汉武帝又回过头来，倾尽国家全力，兴筑朔方城。
这一年，奉命出使西域多年音信全无的张骞历尽千辛万苦，从大月氏回到长安，向汉武帝报告了大宛、大夏等西域诸国的情况后，张骞又对汉武帝说：“臣在大夏时，见到四川特产邛竹杖、蜀布。很是奇怪，便问大夏人怎么得到这些产品的，他们回答说是从身毒（古印度）买来的。臣推断，大夏国位于我大汉西南方，远距一万余里，今身毒国又在大夏东南数千里，这里竟有蜀地产物，就说明身毒距蜀不会太远。现在，出使大夏等西域各国，如从羌人地区经过，羌人受匈奴控制，是很危险的；如果从羌人北边走，则是匈奴控制地区，则为匈奴所得。如果从蜀地去身毒再到西域，又无盗寇，不是一条方便的途径吗？因此，依臣愚见，我们不妨先打通这样一条西南夷道。”
张骞的揣测无疑是正确的，只是在距离上估计得近了些。汉武帝听了张骞所说大宛、大夏、安息、大月氏、康居等国的情况，认为如能联通西域，可“广地万里”，“威德遍于四海”。想到这些，汉武帝又重新提起了经略南夷、西夷的兴趣，就采纳了张骞的建议，并诏令他负责开辟这一条打通西南夷到身毒而达西域的道路。
公元前122年，张骞风尘仆仆赶到犍为，坐镇统筹指挥，他派出王然于等得力助手为使者，分五路出发，进行大规模的探索，以便从中寻找一条通身毒的捷径。
第一路出冉，第二路出徙，第三路出筰，第四路出邛都，第五路出僰。过了一段时间，一些人马陆续返回，带来了令人失望的消息：他们走了一两千里路，碰到了各种难以克服的困难，特别是遭到一些蛮夷部落的抢劫，有些汉朝使者被杀掠。唯有出僰那一路派人送来了一份充满希望的报告：他们到了滇国，滇王当羌也和夜郎国王一样，由于道路不通，所以不知汉朝的广大。见到汉使便问道：“汉朝与我国相比，谁大？”这与夜郎国王见到汉使的问话一模一样。汉使还得知滇国往西千余里，有个“滇越”国，出产大象，人称“乘象国”，蜀商中有的人到过那里，身毒的邛竹、蜀布大概就是蜀商从滇越贩运过去的。但是，汉使仅仅到了昆明便被拦截，始终未能越此“雷池”一步。尽管经过4年努力，却连到滇越路途都未能打通，更不要说去身毒了。这就是说，张骞这次寻求从西南夷通西域的道路没有成功。
但是，汉使回到长安后，极力进言说滇国是个大国，让这个国家亲附汉朝是值得的。汉武帝从此便注意了这件事情。张骞的计划虽然落空了，但是这次行动，却推动汉武帝经略西南夷的进程。
公元前112年，汉武帝调集十万大军，兵分五路，会师南越，围剿南越叛相吕嘉。其中最西一路以驰义侯为将，发巴蜀、夜郎兵，沿牂柯江顺江而下，当年唐蒙的方案至此派上了用场。然而，这一路不久便出了问题。
原来，在夜郎东北有个少数民族部落且兰（今贵州贵阳东北），也在被征发之列。且兰王担心军队远行之后，邻国趁机掳其老弱，因而拒绝出征。又迫于汉使的催逼，遂率众进行了武装反抗，朝廷使者和犍为太守皆被其杀害。邛都、筰也蠢蠢欲动。夜郎与南越毗邻，关系一直比较密切，夜郎国王见风使舵，与南越暗中往来。西南夷的形势一时处于紧急状态。
武帝当机立断，命驰义侯暂缓南下，先解决且兰的问题。这时汉军有八校尉集于夜郎，军未及发而南越平定。到了公元前111年春天，南越之战告捷，武帝便马上从征越的军队中抽调部分兵马，命中郎将郭昌和卫广引兵出击，北上支援。郭昌与驰义侯合兵进攻，邛、筰二部也伙同且兰与汉对抗，汉军大败且兰，杀且兰王，斩首数万，又乘势攻破邛、筰二部。汉军猝然攻击，邻近小国立即土崩瓦解，夜郎、冉、白马等郡国见大事不妙，先后请求内属。惶恐不安的夜郎国王，亲自去长安谢罪。武帝宽赦了他，封他为夜郎王，从牂柯郡划了一块地盘给他作为封地。冉也不甘落后，就请汉武帝在其地设置官吏。武帝在汉军平定西南地区后，下诏按郡县划分其地，割犍为郡东南部，加上且兰一带，置牂柯郡，郡治且兰故城；改邛都为越巂郡，郡治邛都；改筰为沈黎郡，郡治筰都（今四川汉源东北）；冉为汶山郡，郡治汶江（今四川茂县北）；改白马为武都郡，郡治武都（今甘肃西和西南）。
武帝又派人劝说滇王入朝，欲进而扩张至滇地。滇王手中握有数万军队，对汉朝的态度半信半疑。滇东北的靡莫等族与滇同族，关系密切，有此二国相助，滇王有恃无恐，对武帝要他入朝的命令置若罔闻，劳深、靡莫还凌辱汉使。公元前109年秋，武帝命郭昌发巴蜀兵进军劳深、靡莫。攻灭二国后，兵临滇境，滇王举国来降。于是，武帝以滇、靡莫等地为益州郡，郡治滇池（今云南普宁东）。赐滇王王印，仍让他统治滇国。
自唐蒙通夜郎始至元封二年止，汉帝国在西南少数民族地区先后设置了广汉、犍为、牂柯、武都、沈黎、汶山、越巂、益州八郡，其中沈黎、汶山二郡不久后废除。至此，西南夷正式并入汉帝国的版图。
招抚乌桓
乌桓是东胡的一支，汉初，为匈奴冒顿单于所灭，余下人败退乌桓山，因以为号。
乌桓人善骑射，以打猎为生，随水草放牧，居无常处。他们以穹庐为舍，向东开门，食肉饮奶，以毛皮为衣，贵少而贱老，性格慓悍。
乌桓被冒顿单于攻破之后，逐渐衰落下来，经常臣服于匈奴，每年送上牛、马、羊和毛皮，要是过了期限交不上来，匈奴人就抢走他们的妻子和孩子为奴隶。
汉武帝在位时，对匈奴人发动了军事反击，在漠北决战之后，匈奴人失去了在东部的势力，乌桓人得到了解放。
汉武帝派骠骑将军霍去病击破匈奴左地之后，乘机迁徙乌桓人到上谷、渔阳、右北平、辽西、辽东五郡的塞外居住，为汉朝的屏障，同时替汉朝侦察匈奴人的动静。乌桓的首领每年到京城长安朝觐汉武帝一次。从这开始，汉武帝设置了乌桓校尉，官俸两千石，持节监领乌桓各部，使他们不得与匈奴人交往，东北地区的安宁得到了保证。
平定西羌
羌族是中国西部的一个历史悠久的少数民族，传说中的炎帝和大禹都是羌人。甲骨文中已经有了关于“羌”的文字记录。据甲骨文记载，殷商时的羌又叫“羌方”，有两大部落，一个是“北羌”，一个是“马羌”。他们活动的地域非常广阔，主要分布在青海、甘肃、四川西北部、陕西西部、宁夏南部和西藏北部等地区。《诗经》中有这样一段文字：“自彼氐羌，莫敢不来享，莫敢不来王，曰商是常。”说明羌人在商朝的时候已经臣服于商朝，并与中原地区发生了政治、经济联系。日常生活中，他们游牧狩猎为生。春秋战国时，羌人活动在河湟地区，即黄河上游和湟水流域一带（主要在今青海境内），过着以游猎为主的生活。可以说，羌人是青海地区最早的土着居民。