（一）称帝建汉
汉高祖五年（公元前202年）正月，在楚汉战争刘邦已经取得重大胜利的形势下，受封的韩信和彭越联合原来的燕王臧荼、赵王张敖以及长沙王吴芮共同上书刘邦，请他即位称帝。刘邦假意推辞说：“当皇帝的要有大贤大德，我不敢当。”众人又劝刘邦说：“你虽然出身低微，但起而扫灭暴秦，诛杀不义，又平定四海，安定天下，对有功的人都封为王侯。你如果不当皇帝，就不能稳住大家、保住共同打下来的天下。”刘邦再三推让后，就表示同意说：“你们既然认为我当皇帝对国家有利，我就接受尊号吧！”
二月初三，刘邦在山东定陶汜水之阳举行登基大典，定都洛阳，定国号为汉，刘邦就是汉高祖。
刘邦当皇帝后，在已成事实的基础上，大封功臣为诸侯王。韩信原来是齐王，改封为楚王，建都下邳；彭越被封为梁王，建都定陶；韩王信仍为韩王，建都阳翟（后迁都太原）；吴芮原为衡山王，改封长沙王，建都临湘（今湖南长沙）；英布原为九江王，改封为淮南王，建都于六；赵王张敖封地不变，建都襄（今河南邢台西南）；臧荼的燕王封地不变，建都亟。此外，闽粤王无诸、南粤王赵佗，他们在反秦斗争中都自立为王，刘邦也承认了他们的地位。
即位的同年五月，刘邦在洛阳的南宫开庆功宴。宴席上，刘邦让大家总结战胜项羽、取得天下的经验和教训。高起和王陵认为：“刘邦与项羽相比，刘邦作风粗暴，爱骂人，而项羽对人和蔼尊重，这是刘邦不如项羽的地方；但是刘邦对部下宽宏大量，攻下的地方都封给有功的将领，而项羽却嫉妒部下的功劳，对有功的人常常疑神疑鬼，不予重用，所以大家都逐渐离开了他。”刘邦认为他们的看法不全面，他自己总结了取胜的原因：“论运筹帷幄之中，决胜于千里之外，我不如张良；论抚慰百姓供应粮草，我又不如萧何；论领兵百万，决战沙场，百战百胜，我不如韩信。可是，我能做到知人善用，发挥他们的才干，这才是我们取胜的真正原因。至于项羽，他只有范增一个人可用，但又对他猜疑，这是他最后失败的原因。”刘邦总结的战争的胜败，人的因素总是最重要的。显然，刘邦的看法比高起和王陵要深刻得多。
（二）定都长安
称帝之后，摆在刘邦面前的最重要的事情就是在哪里定都。这时，齐人娄敬从山东赶回洛阳，向刘邦建议迁都关中。刘邦让大家讨论建都在什么地方最合适，很多人因为已经在洛阳安下家来，都主张建都洛阳不动。只有张良支持娄敬的迁都意见。他认为关中地区比洛阳一带富饶，而且进可以攻，退可以守，建都关中在政治上和经济上都有利。所以刘邦接受了娄敬的意见，迁都关中的长安。
因为关中的秦宫室，都已经毁于战火，所以迁都长安以后，刘邦让萧何负责营建未央宫。萧何将未央宫设计得很壮丽，刘邦看了很不高兴。他认为，经过秦末的大战乱，老百姓都很困难，政局也没有完全稳定下来，造那么豪华的宫室有点过分了。但萧何认为，正因为天下的政局尚未定下来，所以皇帝住的宫室才需要建得很壮丽，它能起到提高皇帝的威望，稳定天下的作用。
刘邦刚当皇帝的时候，因为群臣的出身多为布衣小吏，所以大家不懂也不习惯那些繁琐的宫廷礼仪。有时候在正式的宫廷宴会上，大家常常喝醉了酒，互相乱叫打斗，无法体现皇帝的尊严，刘邦对此十分恼火，但苦于无法制止。叔孙通在秦朝当过博士，懂得宫廷礼仪，向刘邦建议，要制定一套宫廷礼节，以提高皇帝在群臣中的威严。刘邦同意了叔孙通的建议，要他制定一套不太繁琐的礼仪，以约束群臣。后来长乐宫建成，刘邦再摆宴席庆祝的时候，事先叔孙通根据自己制定的礼仪，先训练了大臣们一番，所以在宴会上，大家都遵守规定的礼仪，在刘邦面前谁也不敢再吵闹打斗了。刘邦对叔孙通制定的礼仪很满意，对大家说：“今天我才体验到当皇帝的威风和尊贵！”
（三）白登之围
自从在秦始皇统治时期打败匈奴以后，北方平静了十几年。到秦朝灭亡之后，中原又发生了楚汉相争，匈奴就趁机一步一步向南进军。
汉高祖的时候，匈奴的冒顿单于带领四十万人马包围了韩王信（原韩国贵族）的封地马邑（今山西朔县）。韩王信抵挡不了，向冒顿求和。汉高祖得到这个消息，派使者责备韩王信。韩王信害怕汉高祖治他的罪，向匈奴投降了。冒顿占领了马邑，又继续向南进攻，围住晋阳。汉高祖亲自赶到晋阳，和匈奴对敌。
公元前200年的冬天，天空下着大雪，气候特别冷，中原的兵士没碰到过这样冷的天气，冻坏了不少人，有的人竟冻掉了手指。但是，汉朝的军队和匈奴兵一接触，匈奴兵就败走。一连打赢了几阵。后来，听说冒顿单于逃到代谷（今山西代县西北）。
汉高祖进了晋阳，派出兵士去侦察，回来的人都说冒顿的部下全是一些老弱残兵，连他们的马都是瘦弱的。如果趁势打过去，准能打胜仗。汉高祖害怕这些兵士的侦察不可靠，又派刘敬到匈奴营地去刺探。刘敬回来报告汉高祖说匈奴有伏兵，汉高祖不信，便率领一队人马赶到平城（今山西大同市东北），突然四下里涌出无数匈奴兵来，个个人强马壮，原来的老弱残兵全不见了。汉高祖拼命杀出一条血路，退到平城东面的白登山。
冒顿单于派出四十万精兵，把汉高祖围困在白登山。周围的汉军无法救援，汉高祖的一部分人马在白登，整整被围了七天，无法脱身。高祖身边的谋士陈平打发了一个使者带着黄金、珠宝去见冒顿的阏氏（匈奴的王后），请她在单于面前说些好话。阏氏一见这么多的礼物，很高兴。当天晚上，阏氏便劝说冒顿退兵。冒顿听了阏氏的话，第二天一清早，就下令将包围网撤开一角，放汉兵出去。
第二天清早，天正下着浓雾，汉高祖悄悄地撤离了白登。陈平还不放心，叫弓箭手朝着左右两旁拉满了弓，保护汉高祖下山。汉高祖提心吊胆地走出了匈奴的包围圈，快马加鞭，一口气逃到广武。他定了定神，首先把刘敬放出来，说：“我没听你的话，弄得在白登被匈奴围了起来，差点儿不能和你见面了。”
汉高祖逃出了虎口，自己知道没有力量再去征服匈奴，只好回到长安。此后，匈奴一直侵犯北方，令汉高祖大伤脑筋。他问刘敬该怎么办？刘敬说：“最好采用‘和亲’的办法，大家讲和，结为亲戚，彼此可以和和平平地过日子。”汉高祖同意刘敬的意见，派刘敬到匈奴去说亲，冒顿同意了。汉高祖挑了一个宫女所生的女儿，称作大公主，送到匈奴去，冒顿就把她立为阏氏。
（四）诛杀功臣
刘邦在楚汉战争和西汉立国之初，因为斗争的需要，被迫封了一些异姓诸侯王，这批诸侯王中，有一些拥兵割地有相当大的力量。他们的存在成为西汉王朝初年威胁中央集权的潜在力量。
刘邦虽然做了皇帝，但他也没敢对自己的皇位掉以轻心。他在设盛宴招待英布等大臣时，曾经对在场的父亲夸耀说：“原先您老经常说我是个不干活、不读书的无赖，不及二哥能理家治业。如今我做了皇帝，您看现在是二哥的财富多，还是我的财富多呢？”不过在享乐的同时，他也采取措施对皇权进行了巩固。
第一个让他不放心的就是在各地的异姓王。他们都有兵将，有的还三心二意。第二个问题就是其他将领，为功劳大小和赏赐的多少争斗不止，如果安抚不当，就会投奔那些异姓王作乱。还有原先六国的后代也不能掉以轻心。在中央，丞相的权力对他这个皇帝也构成了威胁。刘邦从做了皇帝到最后病死，共有八年时间，基本都用在了解决这些让他不放心的问题上。
汉高祖五年（公元前202年），刘邦刚刚当上了皇帝，原来项羽分封的临江王欢就举兵反叛，刘邦派刘贾围攻其数月而降，刘邦将他杀于洛阳。燕王臧荼也是项羽分封的王，后来刘邦予以承认，不久他也举行反叛，并且取得了代地，刘邦亲自带兵击败了臧荼。
对刘邦威胁最大的是楚王韩信。韩信原来是项羽的部下，因为不被重用而改投在刘邦的军中，他在萧何的支持下，逐步受到刘邦的重用，迫使刘邦封他为齐王。刘邦称帝后，因为韩信与项羽的一些部下有关系，改封韩信为楚王。项羽的部下钟离昧与韩信是老朋友，失败后躲在韩信那里，刘邦让韩信交出来，韩信对此不理不睬。
汉高祖六年（公元前201年），有人告发韩信谋反。刘邦问怎么办，大家说发兵讨伐。但陈平却反对，他说楚国兵精粮足，韩信又善于用兵，发兵很难取胜。他建议刘邦以巡游云梦为借口，让各诸侯王都到陈县（现在河南淮阳），到时韩信一定会来，然后再抓他问罪。刘邦依计行事，韩信带着钟离昧的头颅去见刘邦，想表明自己并无反叛之意，但刘邦还是将韩信逮捕了。
韩信听到对他的指控，大声喊冤：“古人说得果然不错，‘狡兔死，走狗烹；飞鸟尽，良弓藏；敌国破，谋臣亡。’现在天下已经平定，我这样的人也早就该烹杀了。”刘邦将韩信押到洛阳，但又没有明确的证据，便释放了他，但降成了淮阴侯。这时韩信住在洛阳，心情十分苦恼。
第二年，陈豨被任命为赵相国兼监赵、代边兵，赴任前与韩信告别，韩信对他说：“你那个地方是战略要地，你的一言一行都容易受到刘邦的猜疑，假如有人诬告你三次，说你要叛乱，刘邦一定会亲自去征讨，你要多多注意保重。”
后来有人向刘邦告发陈豨要反叛，刘邦果然亲自前去平叛。刘邦要韩信随行，韩信托病不去。他暗中派人告诉陈豨：“你在边外起兵，我在京城协助你。”韩信与家臣密谋，想在夜里假传诏书“赦诸官徒奴”，把那些奴隶发动和组织起来，去袭击太子和吕后。不料他的阴谋被门客的一个弟弟告发，萧何和吕后就假称刘邦征讨陈豨已经大获全胜，要文武百官都去庆贺，将韩信诱骗入宫抓捕，最后在长乐宫斩首，留下一个“成也萧何，败也萧何”的成语。
陈豨曾带兵五百人参加刘邦入关中的战斗，后因在平定燕王臧荼的叛乱中有功，被封为阳夏侯。他在任巨鹿郡守时，有一次请假回家路经赵国，随从宾客有一千多辆车子，赵相周昌怀疑他要造反，密报给刘邦。刘邦派人核查，发现陈豨有贪赃枉法的事情。陈豨很害怕，就暗中与投降了匈奴的韩王信及其部将王黄、丘曼臣联系，以取得他们的支持。
后来刘邦的父亲去世时，派人送讣告给陈豨，他假装病重不去吊丧。这时他便与王黄等人勾结起来，自立为代王，举兵反对刘邦。刘邦立即亲自带兵讨伐，他采取了争取大多数，只集中打击陈豨、王黄、丘曼臣等少数罪魁的正确策略，充分依靠燕、赵等地的将领，接连打败陈豨的军队，活捉了王黄和丘曼臣。刘邦返回长安，继续让周勃、樊哙领兵追击，不久就在当城（今河北尉县东）斩杀了陈豨，平定了叛乱。