太初元年十月，武帝再上泰山祭神，祭毕，到海边访问诸方士求仙情况，一无所获。武帝仍不死心，派更多人出海求仙。

十二月，武帝上高里山祭地神和后土神。祭后回到渤海边，望祭海上蓬莱。春，返回长安，因柏梁台火灾，武帝在甘泉宫接受诸侯和郡守朝拜，令郡国在甘泉修建官邸。

越人勇之说：“越俗，房屋遭火再起，必比前大，以镇火神。”于是作建章宫，规模蔚然可观，可谓千门万户。东面为凤阙，高二十余丈；西面为唐中，有方圆数十里虎圈；北面挖一大池，名为太液池，池中筑一台，高二十余丈，有“蓬莱”、“方丈”、“瀛洲”、“壶梁”等海中神山和龟鱼刻石之类；南面设玉堂，有璧门、大鸟等装饰。宫中起神明台、井干楼，高各五十丈。各景之间有皇帝专用辇道相通。

之前，因汉朝诸事已备，人才济济，太中大夫公孙卿、壶遂、太史令司马迁等人奏：“历、纪坏废，宜改正朔。”武帝允准。因以倪宽为总负责，组织治历官邓平和长乐司马可、酒泉候宜君、侍郎尊及民间天文爱好者方士唐都和巴郡落下闳等二十余人修订历法，二年修成，名《太初历》。《太初历》以正月为岁首，色尚黄，数尚五。推定一年为365.2502日,一月为29.53086日。把二十四节气订入历法，以无中气之月为闰月，十九年设置七闰月，以调整太阳周期与月球周期不合之矛盾。《太初历》还根据天象实测和多年来史官记录，得出一百三十五个月的日食周期。该历法较秦朝颁行的《颛顼（zhun x） 历》有很大进步。《太初历》即今夏历或农历，自西汉太初元年开始（公元前104年）实行，经过不断改进，被一直沿用至今。《太初历》的制订，是我国历法上一个划时代的进步。《太初历》不仅是我国第一部比较完整的历法，也是当时世界上最先进的历法。

落下闳（前156年—前87年），复姓落下，名闳，字长公，巴郡阆中人。少时痴迷于天象观察，长大后在家乡阆中蟠龙山建立我国最早的民间天文台，用自制的“浑天仪”观察天象。后经同乡太常令谯隆和太史令司马迁推荐，被武帝征召入京，时任待诏太史，是“浑天说”创始人之一。后来的天文历法家如贾违、张衡、祖冲之等人，得以在落下闳的基础上加以改进和发展。落下闳完善了古代天文学说“浑天说”，奠定了我国古代先进的宇宙结构理论基础。他在天文学上的贡献，承前启后，对于推动中国天文学的发展，起到了重要作用。落下闳在天文学、数学、农学等领域都有开创性的贡献。英国科技史学家李约瑟称他为“中国天文史上最灿烂的星座。”2004年9月16日，由国家天文学联合会小天体提名委员会提议，中国科学院国家天文台将其发现的国际永久编号为16757的小行星命名为“落下闳星”。

司马迁，字子长，夏阳人（今陕西韩城南。一说龙门（今山西河津）人），父司马谈，为武帝建元六年至元封元年间太史令。司马迁从小刻苦学习，曾随父亲游历各地，学识渊博，被武帝任为郎中。其父因不能参加封禅大典，忧郁而死。司马迁接替其父为太史令，这使他有更多的机会接触史料，于是着手编写历史巨著《史记》。司马迁虽然是改历首倡者之一，但在议订新历时，信奉盖天说，与落下闳、唐都等人的浑天说产生激烈争论。事实证明，浑天说比盖天说更加先进，最终司马迁等人的盖天说被淘汰。司马迁为此感到沮丧，以至于他在《史记》中竟然没有把浑天说与盖天说这场科学争论记录下来，也没把《太初历》记录下来，更没把民间天文学家落下闳的身世、业绩记录下来，反而把自己编制的被淘汰的《历术甲子篇》附录在《史记·历书》里，这不能不说是一大遗憾。

这年，改“大农令”为“大司农”，职权比原来有所缩小；同时改右内史（秦时以内史掌治京师；高帝九年后内史兼掌全国财经事务与京师地区；吕后时设治粟内史，内史只管京师；景帝二年分置左右内史）为“京兆尹”，左内史为“左冯翊”（ píngyì，冯，扶持；翊，辅佐），另设“右扶风”（取扶助风化之意）。京兆尹、左冯翊、右扶风同为京城三辅，位比郡太守（相当于现在的京城三区区长，但参与朝议）。