刘彻坚持法治方针，对犯法的皇亲国戚也不纵容，不惜处死自己的外甥兼女婿昭平君，并嘉奖提拔了逮捕自己另一外甥（异父姐金俗之子）的义纵。但也有例外，如因倡优郭舍人巧妙求情而饶恕了自己的乳母（东武侯郭他之母，因家人犯法被迁徙边塞）。

为了强化法制，刘彻于元光五年（前130年）命中大夫张汤、赵禹修订律令，最终确立了汉律的框架，即律、令共计359章，死刑409条、1882事，死罪决事比13472事。其中代表性的例子就是强化了“见知故纵监临部主法”的规定，即主管官吏故意放跑罪犯就与犯罪者同罪；同时“缓深故之罪”，即放宽对官吏制造冤假错案的治罪。由此引发了刘彻在位时期的严刑峻法和酷吏盛行之风。刘彻还打击关东社会的豪侠，迁徙关东豪侠于关中、并族诛豪侠郭解，以促使汉律下沉到关东基层社会。此外，刘彻在位时期，在董仲舒等人的推动下，实现了司法的初步儒家化，开启了春秋决狱的先河。

刘彻在位后期，社会矛盾尖锐，农民起义频繁，刘彻为此派绣衣直指诛杀镇压不力的官吏，并颁布“沉命法”，严厉督促地方官吏剿灭盗贼。但地方官吏畏惧法令，往往隐匿不报，如此形成了恶性循环。