封禅，封为“祭天”（多指天子登上泰山筑坛祭天），禅为“祭地”（多指在泰山下的小丘除地祭地），古代帝王祭天地的大典，又称封祀、封峦、封岳。秦汉时特重此礼。汉武帝为了显示他的文治武功，于元封元年（前110）下诏东巡泰山。
初议封禅
当初，司马相如患重病快去世时，留下遗书歌颂汉武帝功德，说吉祥征兆之事，劝汉武帝到泰山封禅。汉武帝被他的言语所感动，恰好得到宝鼎，于是与公卿们商议封禅的事。封禅是十分罕见稀少的大典，没人知道应有的仪式。各位方士又说：“封禅，是为了祈求长生不死。黄帝之前的君主封禅，都招来怪异奇物与神灵相通。秦皇帝没能登上泰山封禅。陛下如果一定要登上泰山，慢慢地往上走，如果没有风雨，就可以在山上封禅了。”
汉武帝于是便命令众儒生采录《尚书》、《周官》、《王制》等书中的内容，草拟封禅仪式，好几年没有拟出。
汉武帝询问左内史儿宽，儿宽说：“在泰山祭祀天神，在梁父山祭祀地神，彰显祖先的姓氏，祈求祥瑞，是帝王的盛大典礼。然而典礼的仪式，经书中并未记载。我认为封禅典礼告成，就意味着与天地神灵相通，只有圣主才能制定出礼仪形式，而非群臣所能做到的。现在将要举行封禅大典，耗费了数年时间，群臣每个人都竭尽全力，但终究没能拟出。只有天子掌握中正平和的道德目标，兼总各项事宜，进行条理贯通，发出金玉般振荡飞扬的声音，顺利完成上天的吉庆，作为万世遵循的法则。”
汉武帝于是便自制礼仪，多采用儒术的学说进行修饰。还制作封禅用的祭器，给群儒们看，有儒生说“与古代的不同”，于是汉武帝将所有的儒生罢免不用。又根据古书上的记载，首先展示军威，再解散士兵，之后举行封禅典礼。
四处巡游
元封元年（前110年），冬季十月，汉武帝从云阳出发，向北经过上郡、西河、五原郡，出长城，再向北登上单于台，然后到朔方郡，靠近北河。返回时，在桥山祭祀黄帝陵，走到须如，将士兵遣散。汉武帝问：“我听说黄帝长生不死，现在却有他的坟墓，为什么呢？”公孙卿回答说：“黄帝已成仙上天了，群臣思慕他，于是把他的衣冠埋在这里。”汉武帝叹道：“我以后升天了，群臣也会把我的衣冠埋在东陵吗？”回到甘泉宫，祭祀太一神。
汉武帝元封元年（前110年），春季正月，汉武帝巡行到缑氏城，以礼祭祀中岳太室，随行官员在山下好像听到有人连喊三声“万岁”。汉武帝命令主管祭祀的官员扩建太室祭祠，禁止砍伐山上的草木，并且将山下三百户百姓供奉中岳太室。
汉武帝于是向东在海上巡视，举行典礼祭祀八位神仙。齐国人向汉武帝上书，谈论神仙鬼怪和奇妙方术的人数以万计，于是多增派船只，派数千个说海中有仙山的人乘船出海寻求蓬莱神仙。公孙卿常常带着符节先行，在名山上等候神仙驾临，到了东莱，声称：“夜里见到一个高数丈的巨人，走近他时却又不见了，但留下的脚印很大，类似禽兽的蹄印。”群臣中有人说：“看见一位老翁牵着一条狗，说‘我想见天子’，说完忽然就不见了。”汉武帝见过大的足迹，并不相信，后来听说群臣中又有人谈论老翁的事，才认为一定是神仙，于是留宿在海边，供给方士们驿车让他们去寻找神仙，人数多达数千。
初次封禅
汉武帝元封元年（前110年），夏季四月，汉武帝返回京师时到达奉高，在梁父山以礼祭祀地主神。乙卯（十九日），命令任侍中的儒者戴皮帽，将笏板用丝带系在腰间，举行射牛仪式，在泰山下的东面祭祀天神，礼仪与祭祀太一神相同。
祭坛宽一丈二尺，高九尺，坛的下面放着汉武帝致天神的玉牒书信，书信的内容无人知晓。祭祀礼仪结束后，汉武帝独自与侍中官、奉车都尉霍子侯登上泰山，也有一次祭祀，但祭祀的形式流程秘而不宣。第二天，从泰山的北道下山。丙辰（二十日），在泰山脚下东北的肃然山祭祀地神，祭祀如同后土神之礼。汉武帝身穿黄色衣服，随音乐的伴奏，亲自一一拜叩。用江淮地区生长的三棱茅草做祭神供品的衬垫，以五种颜色的土作祭坛。在夜间，禅祠中好像放光，白天好像有白云从祭坛中升起。汉武帝祭祀地神之后回到奉高，坐在明堂上，群臣轮番向他祝寿，歌颂他的功德。汉武帝于是规定天子每五年巡狩一次，到泰山举行封禅祭祀，命令各诸侯国都要在泰山下修建官邸。
汉武帝在泰山举行了封禅仪式，没有遇到风雨，而方士们更说蓬莱诸神仙大约能够请到，于是汉武帝高兴地盼望能与神仙偶遇，又向东到海上瞭望。汉武帝想乘船渡海寻找蓬莱诸位神仙，群臣劝谏，都没能劝阻。
东方朔说：“神仙，自然而然可以遇到，不必急着去寻求。皇帝如果有道，不愁见不到；如果没道，即使到了蓬莱见到仙人，也无好处。我希望陛下回到宫中静心等待，神仙将会自己到来。”汉武帝这才取消出海的打算。恰在这时奉车都尉霍子侯得了急病，一天之间就死了。霍子侯是霍去病的儿子，汉武帝非常伤心，便离开海上，沿着海边向北走到碣石，自辽西郡巡视，经过北部边塞到九原县。元封元年（前110年）五月，回到甘泉。这次出巡，行程共计一万八千里。
数登泰山
二年春正月，公孙卿言：“见神人东莱山，若云欲见天子。”天子于是幸缑氏城，拜卿为中大夫，遂至东莱，宿留之，数日，无所见，见大人迹云[1]。复遣方士求神怪，采芝药以千数。时岁旱，天子既出无名，乃祷万里沙[2]。夏四月，还，过祠泰山。
元封二年（前109年），春季，正月，公孙卿上奏说：“我在东莱山见到了神仙，好像说是想见见天子。”汉武帝于是便前往缑氏城，任命公孙卿为中大夫，然后到东莱山，住了几天，却什么也没见到，只看到巨人的足迹。又派方士到处寻求神怪，采集了数千灵芝药草。当时正遇干旱，汉武帝出巡没合适理由，便去祭祀万里沙神庙。夏季，四月，返回京师，中途路过泰山，进行祭祀。
汉武帝太初元年（前104年），冬季，十月，汉武帝巡游泰山。十一月甲子朔（初一日），冬至，汉武帝在明堂祭祀了天帝。然后向东到了海上，考察那些方士入海求神仙的结果，没有一个人的话应验。然而汉武帝又派更多的人，依然希望能够遇到神仙。
汉武帝太初三年（前102年），春季，正月，汉武帝向东巡游大海，考查寻访神仙的情况，发现都没有结果。命令祭祀官在泰山举行祭祀。夏季四月，回到京师，途中在泰山祭祀天神，在石闾山祭祀地神。
汉武帝天汉三年（前98年），春季，三月，汉武帝巡游泰山，修建封台，在明堂举行祭祀，接见到朝廷汇报的使臣。返回京师，途中祭祀常山，并将黑色玉石埋在祭坛的下面。在各地等候神仙降临以及入海寻求蓬莱仙山的方士，始终都没有应验，而公孙卿仍然以巨人的足迹为自己辩解。汉武帝对方士们的奇谈怪论越来越厌倦，但依然与他们保持联系，还抱有幻想，希望能真正遇到真仙。从此以后，谈论神仙的方士日益增多，然而效果有目共睹的不好了。
汉武帝征和四年（前89年），三月，汉武帝在巨定县亲自耕田，表示对农业的重视。返回途中到泰山修治祭坛，祭祀天神。庚寅（二十六日），在明堂又举行祭祀。癸巳（二十九日），在石闾山祭祀地神，接见地方群臣。夏季六月，汉武帝返回，前往甘泉。