汉武帝元封元年(公元前110年)正月，汉武帝出巡至缑氏城，祭祀于中岳太室，随从官员在山下似乎听到有声音连呼三次“万岁”。汉武帝命令主管祭祀的官员扩建太室祭祠，禁止砍伐山上草木，又将山下三百户百姓作为供奉太室的奉邑。
汉武帝东巡大海，祭祀八位神仙。齐国上书陈述神怪之事和奇妙方术的人数以万计，汉武帝于是增派船只，令曾说海中有仙山的数千人出海寻找蓬莱神仙。公孙卿拿着天子符节先行，探访名山。到了东莱，对汉武帝说：“臣夜间见一巨人，身长数丈，接近时就看不见了，脚印甚大， 和禽兽的蹄迹相似。”群臣中有人说：“看见一位老翁牵着狗，说‘我想见天子’，一会就踪迹全无。”汉武帝虽见到巨大脚印，但不相信，后来群臣谈到老翁之事，才认定就是仙人，于是在海边留宿。又让方士们使用驿车，随时访求神仙，一时四处寻仙之人竟数以千计。
夏季，汉武帝回朝，途经奉高，在梁父祭祀地神。四月十九日，汉武帝令任侍中的儒家学者头戴皮帽，将笏板用丝带系在腰间，参加射牛仪式，并随武帝在泰山东坡之下祭祀天神，仿效祭祀泰一神的礼仪，建祭坛一座，宽一丈二尺，高九尺，坛下埋藏着汉武帝给仙人的玉牒书信，内容十分秘密。祭祀完毕后，汉武帝单独和侍中、奉车都尉霍子侯一起登上泰山，也行祭天礼，这些事都秘而不宣。第二天，从北麓下山。二十日，汉武帝在泰山脚下东北部的肃然山，仿祭后土神之礼祭祀地神。汉武帝身穿黄衣，并以音乐伴奏，用江、淮地区出产的三节以上粗大茅草，作为礼物，用五色泥土加大祭坛。在祭祀天地的神祠旁，夜晚仿佛有光，白天又好像有白云从祠中飘出。汉武帝封禅后回来，坐在明堂上，群臣轮番上前祝寿，歌颂功德。汉武帝下诏说：“朕以渺小之身，继承天子尊位，兢兢业业，惟恐道德修养太浅，不明白礼义之道，所以才祭祀八神。蒙天地神灵赐给瑞应，目有所见，耳有所闻，被怪物所震惊，想停止却又不敢，于是登泰山祭祀天神，至梁父祭祀地神，然后叩拜，愿从此认真反省，与士大夫们一起开始更好的治理，就以今年十月为元封元年。凡是朕巡行经过之处，如博县、奉高、蛇丘、历城、梁父等地，民众的田租赋税，一律免除，今年的财产税也不必交纳。民众中有爵位的升高一级。”又订下五年巡狩一次，在泰山举行封禅庆典，各诸侯都要在泰山下建造客舍备用。
汉武帝在泰山祭祀了天地，没有碰到风雨，更加相信方士们所说的蓬莱山的神仙能够请到，于是再次东至海边，兴高采烈地盼望能遇到神仙。汉武帝打算亲自乘船出海去寻找蓬莱仙山，群臣劝谏，但无人能够阻止。东方朔说道：“与神仙相遇，要出于自然，不必急躁强求。若是有道术，就不愁遇不到;如果无道术，纵然到了蓬莱山，见到神仙，也没有益处。”汉武帝这才打消了出海的念头。正巧奉车都尉霍子侯突然重病，一日之间死去。霍子侯是霍去病的儿子，汉武帝非常难过，于是起驾离去，沿海岸北上至碣石，自辽西巡视北部边疆到九原，五月回到甘泉。此次出巡，行程共一万八千里。
