汉武帝于公元前110年四月从东海返回泰山封禅，由于没有人知道古代封禅的礼仪，因此汉武帝自定了封禅之礼。
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汉武帝先到了梁父山，以礼祭祀地神。乙卯日，他命侍中和儒者穿着隆重的礼服，即头戴皮弁，插笏垂绅，行射牛的礼仪。随后，汉武帝在泰山东面的山脚下封土行礼，所封土宽一丈二尺，高九尺。下面埋有玉牒书，是汉武帝写给天帝的书信，书的内容隐秘无人知晓。
行完礼后，汉武帝独自带着已故将领霍祛病的儿子、侍中奉车霍子侯登上泰山，在山顶同样行了封土礼，至于行礼过程怎样同样没有多少人知晓。第二天，汉武帝从山后阴道下山。丙辰日，在泰山脚下东北的肃然山上行禅祭礼，与祭后土仪式相同。
整个封祭、禅祭汉武帝都亲行拜见礼。礼服为黄色，都有礼乐伴奏。荐神用的草席是用江淮间的三脊茅编织而成，封土用杂土石，上面加盖五色土。汉武帝还将远方进贡来的奇兽、飞禽以及白山鸡等物放还山林，兕牛犀像之类不宜放还山林的，都到泰山下祭祀后土。据载，行封禅礼的地方，当夜仿佛有光出现，白天有白云从封土中升起。这应该是神灵的显现。整个典礼过程透露出一种神秘气氛和宏大的气魄。
封禅结束后，汉武帝在泰山脚下的明堂接受群臣朝贺，并因首次封禅改年号元鼎为元封。汉武帝从即位起，就建号为“建元”，至“元封”共6个年号，每个年号皆六年。“元封”的“封”，自然是指“封禅”。
接受朝贺后，汉武帝广赐牛、羊、酒、布等，并免除奉高、历城等地年租，大赦天下，而且诏许凡是天子车驾所经之处，免除一切劳役。汉武帝还下令在泰山脚下为诸侯修建官邸，以备他们随驾迎驾封禅泰山之朝宿。将汉代有封爵的人和泰山联系在一起，增加了泰山的影响。
最早建置在泰山附近的城镇，是春秋时的博邑(位于泰城旧县村)，该城曾先后为鲁、齐两国所统属。秦统一后，在此设立博阳县。汉初在这里设立博阳郡，汉武帝时改称泰山郡。自春秋至西汉武帝前的四百年中，博城是泰山南麓的政治、文化中心。在汉武帝首次封禅后，武帝下令在泰山以东割瀛、博设立新县，以奉祀泰山，故名奉高县。此后，又将泰山郡治迁至奉高。奉高从此繁荣至北朝，历时六百年。
公元前109年，距第一次封禅仅一年时间，汉武帝再次来到泰山，在泰山修筑明堂。
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汉武帝泰山封禅之后，又东游海上，北至码石，经辽西，历九原，于五月回到甘泉。武帝封禅，行程一万八千里，可谓气势恢宏。
汉武帝封禅泰山的仪式结束之后，还发布了文告：
朕以眇身承至尊，兢兢焉惟德菲薄，不明于礼乐，故用事八神。遭天地况施，著见景象，屑然如有闻。震于怪物，欲止不敢，遂登封泰山，至于梁父，然后升禅肃然。自新，嘉与士大夫更始，其以十月为元封元年。行所巡至，博、奉高、蛇丘，历城、梁父，民田租逋赋贷，已除。加年七十以上孤寡帛，人二匹。四县无出今年算。赐天下民爵一级，女子百户牛酒。
从文告中可以看出，汉武帝以一种谦虚虔诚的态度，来表明自己的心迹，以求有新的开始，并向人民施行恩惠。
七次再封禅泰山
在首次泰山封禅后，元封八年(公元前109年)、元封五年(公元前106年)、太初元年(公元前104年)、太初三年(公元前102年)、天汉三年(公元前98年)、太始四年(公元前93年)、征和四年(公元前89年)，汉武帝又先后七次到泰山封禅。汉武帝在前后二十一年的时间里，到泰山封禅了八次，平均不到三年即有一次。
公元前109年，距第一次封禅仅一年时间，汉武帝再次来到泰山，这一次发生了一件非常重大的事情：在泰山修筑明堂。明堂相传是夏商周以来宫殿中兼有祭祀功能的最重要的大殿，原来泰山下有明堂，汉武帝嫌其地势险要且不够宽敞，因此下令重建。
不过，时人并不知道明堂该建成什么样子。这时济南人公玉带上黄帝时明堂图。图中显示，明堂正中是一座大殿，四周无墙，以茅草覆顶。又建有复道。殿上有楼，从西南方的复道进入大殿，称为“昆仑道”。天了从这里入殿，就可拜祀天帝了。大殿外有水环绕一周。
于是，汉武帝下诏按照黄帝时明堂图在奉高邑建造明堂。公元前106年，武帝再次来到泰山时，就在明堂的上层祭祀天帝和五帝，在明堂下层祭奠后土，用牢牛共二十头。武帝还再次登上泰山，在山顶又有一番外人不知详情的秘祭。而在泰山下祭祀五帝，则各按其方位进行，只有黄帝与赤帝合并祭祀，祭时都有主管官员辅助侍候。山上燃起燎火，山下各处都举火相应。
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汉武帝与泰山老父
每次去泰山封禅、祭祀或去东海，汉武帝都希望寻访到神仙。晋代葛洪著的《神仙传》记载了汉武帝与神仙泰山老父的故事。
汉武帝刘彻东巡狩猎时，看见一个老翁在路旁锄地，头上的白光有数尺之高。老人看上去50多岁，但面色红润如童子，肌肤光滑有光泽，一看就不同凡俗。武帝觉的怪异，就上前询问老人的道术。老人告诉武帝，他曾经遇见过一个得道之人，那个人教给他修炼之法。他依此修行，身体便开始向年轻方向转变，头发也由白发变成黑发，掉了的牙齿又齐齐地长了出来了，身轻如燕，每天能行走三百里。现在他已经有180岁了。这位老人就是泰山老父。老父后来进了泰山，每隔十年、五年，他都回乡看看。等他三百多岁时，就再也没人见到过他。
封天禅土 功越百王
汉武帝泰山封禅彰显了其“登泰山，履石封，以望八荒，视天都若盖，江河若带”的宏大胸襟，亦是其对国泰民安的社会理想状况的追求。三国时的曹植在《汉武帝赞》诗中用“封天禅土，功越百王”来颂扬汉武帝的业绩，西汉史家司马迁在谈其写《今上本纪》的宗旨时曾言：“汉兴五世，隆在建元，外攘夷狄，内修法度，封禅，改正朔，易服色。”这是他对汉武帝盛世的肯定，也是对封禅和改德改制的正确评价。
泰山无字碑，汉武帝封禅泰山所立。
可以说，汉武帝为建立大一统帝国而举行的封禅大典，对西汉王朝乃至后世产生了积极的影响，而泰山顶上汉武帝时立起的无字石碑跨越两千年后，仍在俯视着人间沧桑。
显而易见，汉武帝八次泰山封禅绝对不是为了偷会情人，而是为了西汉王朝以及江山社稷。壮哉!汉武大帝!