日，弥留之际的刘彻在五柞宫正式下诏，立刘弗陵为皇太子。次日，霍光、金日磾、上官桀、桑弘羊四位辅政大臣，在刘彻的卧室内床下，正式接受了顾命。刘彻用尽最后一丝力气，叮嘱他们要尽心辅佐刘弗陵，不要辜负自己的期望。
二月十四日，汉武帝刘彻在五柞宫驾崩，享年七十岁。这位统治汉朝长达五十四年的雄主，终于走完了他波澜壮阔的一生。三月，刘彻被安葬于茂陵（今陕西兴平市东北），谥号孝武皇帝。
刘弗陵即位后，是为汉昭帝。由于他年纪太小，朝政大权实际上掌握在霍光等辅政大臣手中。在霍光的辅佐下，汉朝继续推行刘彻晚年的休养生息政策，社会经济逐渐恢复，政治局势也相对稳定。
十三年后，汉昭帝驾崩，没有留下子嗣。在丙吉等人的推荐下，刘据的孙子刘询被迎立为皇帝，是为汉宣帝。汉宣帝即位后，于本始二年（前72年）追上刘彻的庙号为“世宗”，以表彰他一生的功绩。
汉武帝刘彻的一生，充满了传奇色彩。他既是一位雄才大略的帝王，开创了汉朝的盛世局面；也是一位晚年犯错的君主，给国家和人民带来了沉重的灾难。然而，他能够在晚年幡然醒悟，勇于承认自己的错误，并及时调整政策，这一点是难能可贵的。他的功过是非，一直被后世所争论，但他对中国历史的深远影响，却是不可否认的。他所奠定的汉朝疆域，他所推行的一系列制度，都对后世产生了重要的影响，成为了中国历史上不可或缺的一页。