巫蛊之祸以后，武帝想念废太子刘据，深为自责，还建了一座“思子之宫”，以寄托哀思。大概受到此事的影响，他逐渐收敛了自己奢靡放纵的行为。征和四年（前89）三月，武帝最后一次封禅泰山，采纳田千秋的建议，决定赶走方士，不再寻求神仙。他对臣子们慨叹说：“我原来糊涂，被方士们欺骗了。天下哪有什么仙人，全是妖言妄语！顶多节制饮食，吃点补药，可以少生病罢了。”
现代播种机的始祖
西汉武帝时，搜粟都尉赵过创造了一种新型畜力播种机——耧车。耧车也叫耧犁，由耧架、耧斗、耧腿等几部分组成。耧架为木制，供人扶牛牵。耧斗是放种的木箱，分大小两格，大格放大种，小格相当于播种调节门，是一个带闸板的出口，可控制下种速度，以均匀地播撒种子。耧腿是一只只开浅沟的铁铲，因播种幅宽、行数的不同而有一腿耧、二腿耧、三腿耧……之分。其中三腿耧能一次完成开沟、播种、覆土、填压等多项工作，初步完成联合作业，提高了播种质量与效率，是当时较高水平的播种工具。
六月，搜粟都尉桑弘羊请求派兵驻守轮台（今新疆轮台）并屯田，武帝反对，遂下了著名的《轮台罪己诏》。文中说道：“以前，都是朕心里不明白……所以派贰师将军领兵去大宛，是希望威吓对方，交出天马……等到贰师将军战败，士兵死伤不计其数，朕到现在还一直感到悲痛。现在大臣们请求派兵去遥远的轮台屯田，是使天下人为此而辛劳，不是安抚百姓之道。”武帝最后还说：“当今最重要的是要禁止苛暴的政治，停止随便增加赋税的行为，全力发展农业生产。军事上只要继续大量饲养马匹以补缺额，不使武备废弛就可以了。”从此，武帝不再对外用兵。
此时武帝已经68岁高龄了，他自知时日无多，开始再次考虑接班人的问题。他最后一个宠爱的嫔妃，是年轻貌美的钩弋夫人，就决定立钩弋夫人所生的儿子刘弗陵为太子。钩弋夫人是河间（今河北献县东南）人，相传她姿容艳丽，但自幼两只手总握着拳头，舒展不开。武帝打猎经过河间，听说了这件事，就好奇地前往查证。结果经他一掰，钩弋夫人的双手竟然能够舒展开来了。于是武帝就带她进宫，号“拳夫人”，并为其修建了“钩弋宫”。
太始三年（前94），钩弋夫人生下一子。据说这个男孩是怀孕14个月才出生的，武帝大为高兴，说：“我听说尧是怀孕14个月诞生的，没想到现在我的儿子也是如此。”于是他特意把钩弋夫人产子时所居屋门称做“尧母门”。其后太子刘据自杀，另几个儿子早夭的早夭，不成器的不成器，只有刘弗陵虽然年幼，却健康聪颖，很得武帝欢心。武帝遂决定立刘弗陵为太子。
后元二年（前8 7）二月，武帝病重，光禄大夫霍光（霍去病的异母弟）哭着问：“如有不讳，谁当嗣者？”武帝说：“我立少子（即刘弗陵），让你做周公。”霍光磕头说：“我的才能、德行，都不如金日。”金日本是匈奴降将，赶紧谦逊说：“我是外国人，不敢和霍光比。”于是武帝拜霍光为大司马大将军，拜金日为车骑将军，又召来太仆上官桀为左将军，搜粟都尉桑弘羊为御史大夫，让他们接受遗诏，辅佐少主。
可是在咽气之前，武帝先命人缢死了太子的母亲钩弋夫人。霍光惊问其故，武帝说：“孩子还小，他的母亲却很年轻，将来寡居寂寞，一定会秽乱宫帏，如果插手政务，那就更了不得了。我不想女主称制的局面重现。”他的思虑确实很有道理，然而立其子而杀其母，这份心肠不可谓不狠毒。次日，武帝病逝于五柞宫，刘弗陵继位为汉昭帝，时年仅8岁。
