汉文帝后三年（公元前161年），匈奴老上单于（稽粥）病死，儿子军臣即位。汉文帝知道后，还是按老规矩，派宗室翁主出嫁给军臣单于，再续两国“翁婿”之缘。
军臣单于得到了美貌如花的翁主，本已心满意足，但无恶不作的中行说不断在他耳边吹风，最后军臣单于最终只得作出“得了夫人又出兵”的决定。汉文帝后六年（公元前158年），匈奴派六万大军兵分两路入侵上郡、云中等地。
汉文帝接到边防的告急信后，调出三路人马去支援。第一路由中大夫令勉出兵飞狐，第二路由前楚相苏意出兵句注，第三路由郎中令张武出兵北地。为保险起见，汉文帝还派遣三路接应人马。一路由河内太守周亚夫驻兵细柳，第二路由宗正刘礼驻兵霸上，第三路由祝兹侯徐厉驻兵棘门。
全国警钟长鸣，进入紧急备战状态。汉文帝也没有闲着，他还亲自上前线去慰问士兵，从霸上到棘门最后到细柳进行实地考察和慰问。
霸上和棘门如同不设防一样，汉文帝可以轻而易举地来去自如，刘礼和徐厉两人直到汉文帝到了自己眼前，才揉了揉眼睛，叹道：怎么天上突然掉下个皇帝来了？看着他们诚惶诚恐的样子，汉文帝如同浇了一盆冷水，精心准备的慰问词再也没有热情说了，于是挥了挥手，走了。直奔他最后一个考察地—一细柳营。
一到这里，汉文帝就深刻地感到什么叫“冰火两重天”了。这里的士兵们整齐排列，如临大敌。汉文帝想进去被士兵们拦住了，汉文帝自报身份，但营卫却说：“将在外君命有所不受，我等只听从将军的命令，不听从天子的诏令。”汉文帝最后没辙了，只好取出代表他身份的符节交给营卫，代为通报。
周亚夫这才传令开门，到了内营，但见周亚夫身穿铠甲，手持佩剑出来相迎。见了汉文帝也是稍微欠了欠腰，说道：“臣以军礼接驾，陛下吉祥。”
汉文帝从来没有见过这样对他行礼的。心有所动，他也微微欠了欠身，算是对周亚夫回礼。接下来，汉文帝发表了热情洋溢的“演讲”，这里不必细表。最后，汉文帝巡察完毕打道回府，刚退出营帐，立马关闭营门，又进入“一级严守”状态。汉文帝终于二发出了这样的感叹：“此乃真将军也。”
后来匈奴被逼撤军，各路人马依次撤回后，汉文帝独升周亚夫为中尉（主管京城治安的武官）。
汉文帝后元七年（公元前157年），文帝驾崩于未央宫：留下遗诏说：“朕听说：大凡天下万物萌生以后，死亡是其必然结果。死亡是天地间的常理，事物的自然规律，不必为此而哀恸！我极不赞同厚葬重服，这样劳民伤财。况且朕也没为百姓做什么事情，在去世之后，长时间隆重的吊唁活动会在寒暑中使临丧者受尽折磨，让别人的子弟为我尽哀，就会令别人的长辈感到伤心。其他鬼神的祭馔被损坏而丰盛对我的祭馔，其他鬼神就会饱受饥饿之苦，这样的话，我的罪过就更加深重了，这叫我如何向天下交代！朕以细末之身继承大统，二十三年已经过去了，依赖于上天的威灵、社稷的洪福，四海安宁，未有战乱。朕天生就愚钝，经常害怕言行有过失之处，将先帝的声名玷辱，而在位时间愈久，愈来愈害怕不能做到善始善终。今日幸以自然死亡，得以供奉于刘汉的祖庙之中，这对我这个薄德之人实在是最大的嘉勉，我已经很满足了，还有什么可哀恸的？可令天下吏民在接到志哀令后进行三天悼念活动即可停止。对在国丧期间举行嫁娶、祭祀的，不得禁止其饮酒食肉。凡须参加葬礼的，大量披麻戴孝也没有必要，其头与腰的孝带宽不许超过三寸。灵车不要用布帛铺盖，也不用派羽林军护灵，宫殿中也不要有百姓来哭灵。朝廷中应参加葬礼的，只能在早晚与大功时可以有哭泣的哀音，礼毕就停止。不是早晚与举行葬礼时，禁止擅自放声哭泣。下棺后，服大功（丧服）十五日，小功十四日，细布衣七日，孝服要在三十六天后全部脱掉。其他有关事项在诏令中没提及的，都以此令类推。布告天下，使黎民百姓都知道我的意见。不要改造霸陵山川，按其原貌下葬朕灵。宫中夫人以下的都遣送归家。”汉文帝又下令中尉周亚夫为车骑将军，属国悍为将屯将军，郎中令张武为陵墓复土将军。征发近县士卒共计两万一千人，内吏卒一万五千人，交给张武将军从事开挖墓井与复土回填工作。赐各王侯以下至孝弟力田的人金钱帛各若干。六月初七日，汉文帝遗体被葬于霸陵。
文帝即位二十三年来，宫室、园林、车骑仪仗、服饰器具等都没有增加，废除了许多对百姓不便的禁令条例。文帝曾想修建露台，召来工匠算了一下开销，需花费一百斤黄金。文帝说：“一百斤黄金，相当于中等民户十家财产的总和。先帝的宫室由我居住，我都惧怕使它蒙羞，还修建露台干什么呢？”文帝自己身穿黑色的粗丝衣服，他所宠爱的慎夫人所穿的衣服不拖到地面。为显示朴素，文帝所用的帷帐都没有刺绣花纹，为天下人做出表率。修建霸陵，不准用金、银、铜、锡装饰，都使用陶制器物，利用山陵形势，高大的坟堆也没有修建。吴王刘濞伪称有病，不来朝见，文帝反而赐予手杖给他。群臣之中，袁盎等人的进谏虽然言辞激烈而尖锐，文帝常常予以宽容并采纳他们的批评意见，张武等人接受金钱贿赂的事情被发现后，文帝反而赏赐他们钱财，使他们心中愧咎。
他教化百姓全凭德政。所以，国家安宁，百姓富裕，后世能做到他这样的很少。汉文帝逝世后，太子刘启即位，即汉景帝。
他在位的二十三年里，为大汉帝国作出了巨大的贡献，他和他的儿子刘启共同开创了中国封建社会第一个太平盛世，史称“文景之治”。
曹植的《汉文帝赞》总结性地概括了汉文帝的一生，诗曰：
孝文即位，爱物俭身。
骄吴抚越，匈奴和亲。
纳谏赦罪，以德让民。
殆至刑错，万国化淳。
