巫蛊之祸后，由于怀念太子刘据，刘彻再没有立新太子，这种状况一直持续了四年，直到刘彻临死前。
后元元年（前88），钩弋夫人所生的皇六子刘弗陵，已经七岁了，身体敦厚胖实，性情聪明可爱。刘彻想立刘弗陵为太子，但又顾虑重重。
此时巫蛊之祸过去已有两三年了，卫太子一党早已被清除干净，按理说刘彻应该没什么好顾虑的。刘彻这时候之所以小心谨慎，其实是担心另一件事情。汉朝历史上曾出现过吕后专权的例子，那一次刘姓皇子几乎被屠戮殆尽，汉室江山，差一点就让位给吕姓人家。一只脚已经踏进坟墓的刘彻，最担心的就是自己死后，这样的事情再次发生。
刘弗陵还这么小，他的母亲也很年轻，若是传位给他，就一定会有太后专权的事情出现，一个二十几岁的年轻太后，又是如此的美艳绝伦，一旦大权在握，到时候若是做出什么祸乱宫廷的事来，恐怕没有人能阻挡得住。
这个问题刘彻思考了许久，到最后刘彻觉得自己的身子骨实在不行了，活在世上的时间不多了，终于一狠心，将立储传位之事付诸行动。
要想保证皇权的顺利传承，首先要做的事是清除障碍。卫太子一脉早已凋零，这时候基本上没什么威胁，于是刘彻的注意力，便转向了其他皇子。
刘彻早年总共有六个儿子，分别是太子刘据、齐怀王刘闳、燕剌王刘旦、广陵厉王刘胥、昌邑哀王刘髆以及幼子刘弗陵。六子中，齐怀王刘闳早死，太子刘据后来也死于巫蛊之祸，此时的皇子，实际上只剩下四个。
四人中，燕剌王刘旦的年龄最大，如果按照立长的祖制，刘旦无疑是新太子的法定继承人。但遗憾的是，刘旦这个人骄狂多欲，刘据蒙冤死后，他经常以未来皇储的身份自居，洋洋得意之情，竟然丝毫不加掩饰。
刘据死后，刘旦见刘彻迟迟不立新太子，心里就有些迫不及待了，于是便上书一份，要求进入宫中作为宿卫。这是以前历代太子应该做的事，刘旦这样做的目的，就是当面跟刘彻要新太子的位子。
刘彻本来就不喜欢刘旦，此时见他竟然如此狂妄，胆大到开口要太子位的地步，不由得勃然大怒，毫不犹豫便下令将送书的使者斩了。刘彻斩了使者，立马就把刘旦吓住了，一头雾水的刘旦，这时候才慢慢清醒过来，原来自己的父皇，并没有立他为太子的意思。
这件事过去不久，便有人告发刘旦，说刘旦无视朝廷法度，私藏逃犯。刘彻听说后，便下令削去刘旦管辖下的良乡、文安等三县，以作惩罚。
经过这两件事后，刘旦惊惧交加，随即便大病了一场，病好之后，再没了争储之心。燕剌王刘旦的故事，就这样结束了。
而刘彻的另一个儿子广陵厉王刘胥，是个浪子型的人物，喜欢歌女舞姬，经常放浪形骸，这个人虽然有许多缺点，但对皇位什么的没多少兴趣，因此刘彻便没有多注意他。
刘据死后，最有实力与刘弗陵竞争储位的，是昌邑王刘髆。昌邑王刘髆是李夫人所生，而李夫人的哥哥，便是先征伐大宛、后投降匈奴的贰师将军李广利。李广利这个人虽然名头很大，但能力确实一般，他之所以能成功征服大宛，很大一部分是运气的原因。这个人本事不大，但野心却不小，征和三年（前90）他出征匈奴之前，竟然与丞相刘屈氂商量，意图立外甥昌邑王刘髆为太子。李广利出征之后，不想刘屈氂因当年的巫蛊大案不实而受逮捕，结果全家被杀。刘屈氂死后，李广利担心阴谋败露，想打败匈奴回来恕罪，不想因求功心切，竟然全军覆没，害怕回去受责罚，便投降了匈奴。李广利投降匈奴后，刘彻勃然大怒，杀李广利全家以泄愤，而对于昌邑王刘髆，刘彻更是讨厌上了。可以说，因为舅舅李广利的原因，刘髆无论如何都没机会成为新太子人选了。
如此一来，剩下的就只有钩弋夫人之子刘弗陵。
储君人选虽然定了，但刘弗陵毕竟年龄太小，刘彻担心自己死后，朝廷大权会旁落。为了保证皇权的顺利交接和交接后的稳定，刘彻觉得自己必须再做几件事情。
过了几天，年老的刘彻和年轻的钩弋夫人在宫中游戏。钩弋夫人玩得高兴，不小心说错了一句话。这句话本来也不是什么大逆不道的话，可没想到刘彻听见后，突然脸色一沉，发起怒来。钩弋夫人大惊，急忙跪伏在地求饶，说是无心之过，请求刘彻宽恕。没想到刘彻不但不宽恕，反而一摆手，命左右的人将钩弋夫人下了狱。钩弋夫人离开之时，泪眼汪汪望着刘彻，眼神中尽是不舍。刘彻心肠虽狠，但毕竟心中不忍，看到钩弋夫人乞求的眼神后只是冷冷说道：“快走！快走！反正不能再让你活下去了！”当初的河间赵氏奇女子，就这样结束了自己年轻的生命，到死之前，她都没能想明白，刘彻为什么要杀他。
钩弋夫人死后半年，刘彻移驾五柞宫。当时是后元二年（前87）二月，冬天虽然过去了，但天气依旧寒冷。在五柞宫里待了几日，刘彻突然觉得身子骨前所未有地沉重，然后便一病不起。刘彻觉得自己快不行了，趁着神智暂且清醒，就把霍光、金日磾等人叫到面前，指着墙壁上的一幅图让霍光等人看，然后有气无力地说意欲立幼子刘弗陵为储君，让霍光担任周公的角色，金日磾和桑弘羊、上官桀等一起辅佐，共同守护汉室江山，治理天下。
霍光是霍去病同父异母的弟弟，很小的时候就被霍去病带到了长安。霍去病死后，霍光便留在了刘彻身边，耳濡目染几十年，到此时已十分历练。霍光见刘彻弥留之际任命自己为托孤大臣，不由得诚惶诚恐。
叮嘱了霍光，然后颁下最后一道诏书，刘彻就闭上了眼睛，这个雄才大略兼铁血手腕的帝王，就这样与世长辞。
遗诏是刘彻留给后世之人的最后遗物，没有大汉疆域那么辽阔，也没有大汉国威那么震慑四夷，这道遗诏，只是一份心平气和的劝告书，总结一下大概的意思，刘彻是这么交代他的儿子刘弗陵的：
“皇太子，我最近经常患病，估计不久便要离开你，离开人世了。天子是天道之子，是万民的天子，我死之后，你要举贤良，轻赋税，珍重天下，善待百姓，只有这样，才能避免秦亡的教训，让我们大汉国威永存……”
刘彻死后，第二日，时年八岁的刘弗陵登上皇位，是为汉昭帝。
后元二年（前87）三月甲申，刘彻葬于茂陵，庙号世宗，谥号孝武。
武者，威强睿德曰武。
汉武帝大事年表
景帝前元元年（前156）
刘彻出生，皇十子。
景帝前元四年（前153）
汉景帝封刘彻为胶东王，时年四岁。
景帝前元七年（前150）
汉景帝立刘彻为储君，时年七岁。
景帝后元三年（前141）
汉景帝驾崩，刘彻即位，时年十六岁。
武帝建元元年（前140）
用赵绾、王臧开始建元新政。
武帝建元二年（前139）
新政失败，刘彻开始韬光养晦。
武帝建元三年（前138）
派遣张骞出使西域。
武帝建元六年（前135）
窦太后病死，刘彻正式执政。
武帝元光二年（前133）
马邑之围，汉匈关系转变。
武帝元光五年（前130）
卫青大破龙城。
武帝元朔元年（前128）
卫子夫生刘据，封卫子夫为皇后。
武帝元朔二年（前127）
颁布《推恩令》，卫青收复河朔之地。
武帝元朔三年（前126）
张骞出使西域归来。
武帝元朔五年（前124）
卫青击败匈奴右贤王，拜为大将军。
武帝元朔六年（前123）
霍去病始战，封冠军侯。
武帝元狩二年（前121）
霍去病收复河西走廊。
武帝元狩四年（前119）
卫青大战匈奴于漠北，霍去病封狼居胥山，从此漠南无王庭。
武帝元狩六年（前117）
大司马、骠骑将军霍去病薨。
武帝元封五年（前106）
大司马、大将军卫青薨。
武帝天汉二年（前99）
李陵战败投降，司马迁遭刑。
武帝征和二年（前91）
巫蛊之祸起，皇后卫子夫与太子刘据先后自杀。
武帝征和四年（前89）
汉武帝为太子平反，发布《轮台罪己诏》。
武帝后元二年（前87）
汉武帝驾崩，终年七十岁，在位共五十四年，葬于茂陵，谥号孝武皇帝。遗命霍光、金日磾、上官桀辅佐幼子刘弗陵即位，为汉昭帝。
汉宣帝本始二年（前72）
汉宣帝刘询尊武帝的庙号为世宗。
