汉武帝东巡海上，祭祀天地、阴阳、日月、兵和四时八神。齐国人上书说的神怪鬼怪等方术数以万计，但却没有一样灵验。汉武帝不死心，命令那些说海中有神山的数千人前往寻找蓬莱神仙。公孙卿经常手持符节，等候在名山旁边。
当队伍到达东莱时，公孙卿说自己在夜间看到有一人，身高数丈，但靠近时却不见了，只看到很大的脚印，像是禽兽。群臣中有人说，看到一名老翁牵着一条狗，说是“我想见巨公”，忽然间消失不见。汉武帝察看了这些大脚印，半信半疑。等到群臣说起老翁的事后，才相信确实是神仙来了。刘汉武帝夜间住在海上，拨给方士们驿车，派出寻访神仙的达到数千人。
四月，汉武帝回到奉高。他想着儒生和方士们说的泰山封禅仪式各不相同，又缺少相关记载，确实很难施行。他到了梁父山，祭祀地主神。乙卯日，汉武帝命令侍中官儒生头戴白鹿皮帽，身穿官服，他自己进行射牛祭祀。在泰山的东方筑起祭坛，就像郊祭泰一神一样。祭坛宽一丈二尺，高九尺，祭坛下面放上玉牒文书，其内容保密。
这些仪式进行完后，汉武帝只和侍中奉车都尉霍子侯登上泰山，举行祭天仪式，当然这些内容都绝对保密。
第二天，队伍一行顺着北坡下山。丙辰日，在泰山脚下东北方的肃然山设立新的祭祀场地，按照祭祀后土神的礼仪进行。在泰山封禅中，汉武帝亲自礼拜天神和地神，穿上黄色礼服并使用音乐。用采自江淮一带的三棱灵茅作为神垫，用代表五方的五色土混杂起来安放在祭坛上。还放出奇异的飞禽走兽和白毛野鸡等动物，气氛很是庄严肃穆。没有使用兕（音sì，四）牛、旄牛、犀牛、大象之类的动物。汉武帝等人封禅泰山离去后，在夜间还有光华闪耀，白天有白云浮起在祭坛上。
汉武帝从泰山封禅回京后，高坐在明堂之上，群臣都齐声山呼“万岁”祝贺。汉武帝下诏改年号为元封元年，其事记载在《武帝记》中。汉武帝又下诏说：“古代天子每五年巡视一次，在泰山举行祭祀，诸侯们朝拜都有地方可住。诸侯们可以在泰山下各自修建官邸。”
汉武帝已经封禅泰山，并没有遇到风雨，方士们也说蓬莱的神仙快要找到了。汉武帝很高兴，感觉自己再去或许就能遇到神仙，就又东行到海上眺望，希望见到蓬莱神仙，结果当然是望眼欲穿了。奉车都尉霍子侯突然得了暴病，一天时间就去世了。汉武帝这才恋恋不舍地离开，沿着海边北上，到达碣石山。接着巡视辽西，经由北方边境到达九原县。五月，汉武帝返回甘泉宫，全部顺利进行一万八千多里。
这年冬天，汉武帝到雍城郊祭五帝，回到长安后拜祭泰一神。拜祭词中说道：“德星光芒闪耀，象征我大汉吉祥不断，永世安康。寿星一直闪耀在天空中，这都是上天降瑞，皇帝敬拜泰一神享用。”
公元前109年春天，公孙卿说在东莱山见到了神仙，说神仙要面见天子。汉武帝于是赶往缑氏城，拜公孙卿为中大夫。他到了东莱后，留宿了很多天，却什么也没有见到，只是看到了很多巨人脚印。汉武帝再派数千名方士前往寻找神仙，采集灵芝仙药。
这一年天气大旱。汉武帝已经找不到巡视的名义了，于是就前往万里沙祈求降雨，经过泰山时又进行祭祀。队伍返回时到了瓠子口，他亲临堵塞黄河决口现场，先后停留两天，把祭品沉入河底祭祀后就离开了。
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