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自從得了寶鼎，皇上就跟公卿大臣及眾儒生商議起封禪的事了。由於封禪大典很少舉行，時間隔久了，已經失傳，沒有人瞭解它的禮儀，眾儒生主張採用《尚書》、《周官》、《王制》中記載的天子射牛、望祀的儀式來進行。齊人丁公已經九十多歲，他說：「登泰山祭天的『封』應該是不死的意思。秦始皇沒能登上泰山行封禮。陛下如果一定要上去，就應該堅持；只要稍微登得高一些就沒有風雨阻擋了，也就最終可以登上泰山行封禮了。」皇上於是命令儒生們反覆練習射牛，草擬封禪的禮儀。幾年後，要進行封禪了。天子聽了公孫卿和方士的話，說是黃帝以前的帝王舉行封禪，都招來了怪異之物而與神仙相通，就想倣傚黃帝那時迎接仙人蓬萊士的做法，借此以超乎世俗，跟九皇比德，而且還在很程度上採用儒術加以修飾。儒生們因為既不能明辨封禪的具體事宜，又受《詩》、《書》等古文經籍的束縛，所以不敢盡情施展他們的學問。皇上把封禪用的祭器拿給儒生們看，儒生們有的說「跟古代的不同」，徐偃又說」太常祠官們行禮不如古代魯國的好」，就在這時侯，周霸會聚群儒策劃封禪事宜，皇上貶退了徐偃、周霸，把儒生們全部罷黜不用了。
三月，皇上到東方去，到了緱氏縣，登上中岳的太室山祭祀。隨從官員在山下聽到好像有人喊「萬歲」。問山上的人，說是沒喊；問山下的人，也說沒喊。於是皇上封給太室山三百戶以供祭祀，命名叫崇高邑。往東登上泰山，山上的草木還沒長出葉子，就叫人把石碑運上山，立在泰山頂峰。
接著皇上又東巡海上，行禮祭祀天主、地主、兵主、陰主、陽主、月主、日主和四時主八神。齊地人中上書談神仙精靈和奇異方術的數以萬計，但沒有一個靈驗。於是皇上增派船隻，命令那些談論海上神山的幾千人去訪求蓬萊仙人。公孫卿經常手持符節，先到各山等候神仙，到東萊時，說夜間看見一個人，身高數丈，等靠近去，卻不見了。據說看到了他的腳印很大，類似禽獸的腳印。群臣中有人說看見一位牽著狗的老人，說「我想要見天子」，一會兒又忽然不見了。皇上見到那大腳印時，還不相信，等到群臣中有人說起老人的事，才在很大程度上認為那老人就是仙人了。因此，留住在海上，給方士驛車，秘密派出了數以千計的使者去尋找仙人。
四月，返回到奉高。皇上想著儒生和方士們對封禪禮儀的說法各不相同，又缺乏古書記載，實在難以施行。天子又到了梁父山，行禮祭祀地神。乙卯日，命侍中官儒生頭戴白鹿皮帽，身穿插笏（ｈu，戶）官服，天子射牛，進行祭祀。在泰山下的東方築壇祭天，依照郊祀泰一神的禮儀。祭天的壇寬一丈二，高九尺，壇下放有封禪的文書，文書的內容隱秘，夫人知曉。祭禮完畢，天子單獨帶著侍中奉車都尉霍子侯登上泰山，也舉行了祭天儀式。這些事情都禁止洩露。第二天，順著山北的道路下山。丙辰日，在泰山腳下東北方的肅然山辟場祭地，按照祭祀后土的禮儀。以上的封禪，天子都親自拜見天神、地神，穿黃色禮服並全部用了音樂。用采自江淮一帶的三稜靈茅作神墊，用代表五方的五色泥土混雜起來多多地加在祭壇上。還放出遠方奇異的飛禽走獸和白毛野雞等動物，大大增加禮儀的隆重氣氛。但不用兕牛、旄牛、犀牛、大象之類的動物。天子及其隨從都是到了泰山，然後離去的。舉行封禪大典的那天晚上，天空彷彿有亮光出現，白天又有白雲從祭壇中升起。
天子封禪歸來，坐在明堂上，群臣相繼上前祝壽。這時天子下詔令給御史：「我以渺小之身繼承了皇帝的至尊之位，一直謹言慎行，唯恐不能勝任。我德行微薄，不懂禮樂。祭泰一神時，天上像是有瑞祥之光，我心中不安好像望見了什麼，被這奇異景象所深深震憾，想要停止卻不能，終於登上泰山築壇祭天，到了梁父山，然後在肅然山辟場祭地。我要完善自己，勉力與士大夫們一起重新開始。賜給百姓每百戶一頭牛、十石酒，八十歲以上的老人和孤兒寡婦，再另加賜布帛二匹。免除博縣、奉高、蛇丘和歷城等地的賦稅，不用交納今年租稅和免除徭役。大赦天下，和乙卯年的大赦令一樣。凡是我巡行所經過的地方，都不要再有馳刑再犯的輕罪徒。如果是在兩年以前犯的罪，一律不再追究。」又下詔說：「古時天子每五年出巡一次，在泰山舉行祭祀，諸侯們來朝拜都有住所。應該讓諸侯在泰山下各自修建官邸。」
天子在泰山封禪完畢，並未遇上風雨災害，方士們又說蓬萊等神山好像就要找到了。於是皇上很高興，覺得或許自己能遇到，就又東行到海邊眺望，希望能見到蓬萊神山。奉車都尉霍子侯突然生病，一天的功夫就死了。皇上這才離開，沿海而上，往北到達碣石。又從遼西開始巡行，經北方邊境到達九原縣。五月，回到甘泉宮。主管官員說，寶鼎出現那年的年號為「元鼎」，今年天子到泰山舉行封禪大典，年號應為「元封」。
這年秋天，有慧星出現在東井宿（ｘｉu，秀）天區，光芒四射。十幾天後，慧星又出現在三台宿天區，光芒四射。有個望氣的人叫王朔的說：「我觀測時，只見那星出現時形狀象葫蘆瓜，一會兒就又消失了。」主管官員說道：「陛下創建了漢家封禪禮制，上天大概是用象徵吉祥的德星出現來報答您。」
第二年冬天，天子到雍縣郊祀五帝，回來後又拜祭了泰一神。祝辭說：「德星光芒四射，象徵美好吉祥。壽星相繼出現，光輝遍照遠方。信星明亮降福，皇帝敬拜諸神福澤無量。」
這年春天，公孫卿說在東萊山見到了仙人，那仙人好像是說了「想見天子」。天子於是到了緱氏城，任命公孫卿為中大夫。隨即到了東萊，在那裡留宿了幾天，什麼也沒看見，只看見了巨大的人腳印。天子又派出數以千計的方士去尋找神仙奇物，採集靈芝仙藥。這年天旱。這時候，天子已經沒有出巡的正當名義了，就前往萬里沙祈求降雨，路過泰山時又舉行了祭祀。返回時到了瓠（ｈu，狐）子口，親自來到堵塞黃河決口的現場，停留了兩天，沉白馬於河中，以祭河神，然後離去。派二位將軍率領士兵堵塞決口，把黃河分成兩條河渠，使它恢復了當初大禹治水後的面貌。
滅了南越之後，越人勇之向皇上進言說「越人有信鬼的習俗，而且他們祭祀時都能見到鬼，屢屢見效應。從前東甌（□ｕ，歐）王敬鬼，高壽達一百六十歲。後世子孫怠慢了鬼，所以就衰微下來」。天子就命越地巫師建立越祠，只設台而沒有祭壇，也祭祀天神上帝百鬼，是采有雞卜的方法。皇上相信這些，越祠和雞卜的方法從此就開始流行起來。
公孫卿說：「仙人是可以見到的，而皇上去求仙的時候總是太倉促，因此見不到。如今陛下可以修建一座台閣，就像緱氏城所建的一樣，擺上乾肉棗果之類的祭品，仙人應該是能夠招來的。而且仙人喜歡住樓閣。」於是皇上命令在長安建造蜚廉觀和桂觀，在甘泉宮建造益延壽觀，派公孫卿手持符節擺好祭品，等候仙人。又建造了通天台，在台下擺設祭品，希望招來神仙之類。又在甘泉宮設置前殿，開始增建宮室。夏天，有靈芝草在宮殿內長了出來。天子因為堵塞了黃河決口，興建了通天台，據說當時天上隱約出現了神光，就下詔書說：
甘泉宮殿房內生出了靈芝長有九株菌柄，特此大赦天下，免除女犯人不戴刑具的勞役。
第二年，征伐朝鮮。夏天，乾旱。公孫卿說：「黃帝時舉行完封禮，天就會幹旱，這是為了使封壇的土晾乾，要連旱三年。」皇上就下詔書說：「天旱，大概是為了使封壇的土乾燥吧？應該讓天下百姓尊祭主宰農業的靈星。」
第三年，皇上到雍縣郊祀，然後打通去回中的道路到那裡巡察。春天，到達鳴澤，再從西河返回。
轉年冬天，皇上巡視南郡，到江陵後往東走。登上潛縣的天柱山，舉行祭祀，稱這座山為南嶽。乘船順江而行，從尋陽穿過樅（ｃ□ｎｇ，匆）陽，又經過彭蠡（ｌi，離）澤，一路祭祀名山大川。然後北到琅邪郡，再沿海而上。四月是旬，到達奉高縣，舉行了封禪典禮。
