汉五年（前202年）二月，刘邦兑现了先前的诺言，封韩信为楚王，彭越为梁王。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。刘邦再三推辞，韩信他们说：“大王虽然出身贫寒，但能率领众人扫灭暴秦，诛杀不义，安定天下，功劳超过诸王，您称帝是众望所归。”刘邦顺水推舟地说：“既然你们大家都这样看，觉得有利于天下吏民，那就按你们说的办吧。”

同年2月28日，刘邦在山东定陶汜水（今山东曹县北）之阳举行登基大典，定国号为汉，是为汉高帝。刘邦即皇帝位后，王后吕雉改称皇后，太子刘盈称皇太子。刘邦最初打算定都雒阳，后根据戍卒娄敬的建议，定都咸阳以东的长安（今陕西西安），取长治久安之意。史称西汉。

对战匈奴

汉七年（前200年），韩王信联络匈奴，刘邦亲征匈奴，被匈奴大军围在白登，史称“白登之围”，后来勉强得以脱身。

平异姓王

西汉王朝建立初年，诸侯国占据大汉江山的多半疆土，如同先秦列国割据状态，异姓诸侯王在封国内部军政独立、尾大不掉，给中央集权的统治带来了极大的不稳定因素。

刘邦称帝之后，有意削除异姓诸侯王。燕王臧荼这位被项羽所封的诸侯王率先被平定；其后韩王信叛逃匈奴被带兵诛杀、赵王张敖因部下谋反而被废为侯；梁王彭越、淮阴侯（原为楚王，后降封）韩信被废后皆因吕雉而遭至惨重下场。随后淮南王英布起兵，刘邦抱病亲征，才将其平定。燕王卢绾本想亲自入长安向刘邦解释，后来却因刘邦驾崩又畏惧吕雉，不得不逃往匈奴。各大封国自此转入刘氏子孙手中。只有长沙王吴臣的长沙国幸免。

汉十二年（前195年），刘邦杀白马为盟，与诸将订下誓约：“非刘氏而王者，天下共击之。”这就是历史上的“白马之盟”。

善待功臣

在刘邦建国称帝后，封赏功臣侯者的位次有大约一百四十三位，部分封侯者有并列排名的情况，实际封侯数量更多。封侯功臣们都得到了优厚的待遇，被赐予爵位和食邑，这些功臣们最后都得以善终，其爵位也能被后代所承袭。

刘邦晚年带病征讨英布时，曾对镇守关中的萧何不放心，萧何后来听从他人建议，霸占百姓田产、自污声名而被下狱，刘邦醒悟后将其释放，专门自比“桀纣”向其道歉。刘邦在病重昏聩时受到他人谗言，以为樊哙谋反，担心他助诸吕作乱，后樊哙因陈平的保护而幸免。最后萧何、樊哙二人也得以善终。

实际上，刘邦着力平定的是威胁中央统治的“王”，真正诛除的“功臣”仅有放任部下违法乱纪，继而被煽动拥兵造反、自立为王的陈豨。其余功臣、宿将，如曹参、周勃、灌婴、夏侯婴、张良、陈平，甚至雍齿、项佗等，大都得到以善待。