武帝东巡海上，祭祀了齐地的八神之后，随即开始了祭天仪式。由于上古礼仪失传，武帝于是命令儒生头戴白鹿皮帽，身穿插笏官服，在泰山下的东方筑坛祭天，依照郊祀泰一神的礼仪进行祭天。祭天的坛宽一丈二，高九尺，坛下放有封禅的文书，文书的内容隐秘，无人知晓。祭礼完毕后，武帝带着几个随从登上泰山，在泰山上也举行了祭天仪式。第二天，武帝顺着山北的道路下了山，在泰山脚下东北方的肃然山辟场按照祭祀后土的礼仪祭拜了地神。整个封禅仪式中，武帝都亲自祭拜天神、地神。用采自江淮一带的三棱灵茅做神垫，用代表五方的五色泥土修筑了祭坛。还放出远方奇异的飞禽走兽和白毛野鸡等动物，大大增加礼仪的隆重气氛。举行封禅大典的那天晚上，天空仿佛有亮光出现，白天又有白云从祭坛中升起。
修建明堂
泰山脚下的东北方有古代修建的明堂旧址，那里地势险要，道路狭窄。武帝在泰山举行封禅典礼时，想要重新修建明堂，但不知道明堂的形制尺度。有个人向武帝进献了据说是黄帝时修建明堂的图纸。图纸中有一座殿堂，四面没有墙壁，用茅草制作屋顶，殿堂四周环绕着水池，宫墙四周修有天桥，殿上有楼。从西南方向可以进入殿堂，名为昆仑道，天子由此走进殿堂，在那里拜祭上帝。武帝就下令按照这个图纸在奉高县建造明堂。等到第五年再来举行封禅时，就让泰一神和五帝的神位居于上座进行祭祀，让高皇帝的神主灵位对着他们。用牛、羊、猪各二十头祭祀后土神。武帝从昆仑道进去，开始按郊祀的礼仪在明堂祭拜。祭拜完毕，在堂下烧掉祭品。然后，武帝又登上泰山，在山顶秘密举行祭祀。
营建建章宫
公孙卿曾经对武帝说仙人喜欢住在楼阁之内，就建议武帝修建一座台阁来迎候仙人。武帝求仙心切，就下令在长安建造了蜚廉观和桂观，在甘泉宫建造了益延寿观和通天台，又在甘泉宫设置前殿。开始增建宫室，希望招来神仙。
几年后，在武帝出外巡游的时候，用于临朝接见地方官员的柏梁台失火被烧。武帝于是改在甘泉宫临朝接受各郡国上报的计薄。公孙卿于是说：“黄帝建成青灵台，十二天后就被烧了，黄帝于是修建了明庭。明庭就是甘泉宫。”很多方士也说古代帝王有在甘泉建都的。有个官员建议说：“按照越地的风俗，火灾之后再盖起的房子，一定要比原先的大，才能制服火灾。”于是武帝下令修造建章宫。
建章宫位于长安城的西侧，规模极大，有千门万户。它的前殿比未央宫还要高大。它的东面是凤阙，高二十多丈。它的西面是唐中苑，里面有几十里宽的虎圈。它的北面修了大水池，池名叫做泰液池。池中修建的渐台高达二十多丈，池中有仿照海中仙山堆砌的蓬莱、方丈、瀛洲和壶梁四座神山，还有用石头雕成的龟鱼之类。它的南面有玉堂、壁门和大鸟之类的雕像。建章宫附近还修建了高达五十多丈的神明台、井干楼，楼台之间架设天桥相互连接。
盼不到的仙人
公孙卿在全国各地到处游历，以期能遇见神仙。他曾声称在缑氏城上看到了仙人的脚印，还有个像山鸡一样的神物，往来于城上。武帝于是亲自到缑氏城察看脚印。由于屡次受骗，武帝并没有轻信，他问道：“你该不是在仿效文成和五利欺骗我吧？”公孙卿敷衍说：“仙人并非有求于皇帝，而是皇帝有求于仙人。求见仙人，如果不静心等候，神仙是不会来的。谈起求神这种事，好像是迂腐荒诞的，其实只要积年累月就可以招来神仙。”
这之后，公孙卿又谎称在东莱山见到了仙人，那仙人身高数丈，声称要见天子，等靠近去，却不见了。但他留下了类似禽兽的巨大脚印。武帝于是赶到了东莱山，在那里留宿了几天，但只看见了巨大的脚印。群臣中有人说看见一位牵着狗的老人，说“我想要见天子”，一会儿又忽然不见了。武帝见到那大脚印时，还半信半疑，听到这个消息才对这件事深信不疑。他越发狂热，留住在海上，秘密派出了数以千计的使者去寻找仙人奇物，采集灵芝仙药。