逝世刘邦在讨伐英布叛乱时，为流矢所中，病得很厉害，不想见人，躺在皇宫之中，诏令守门武士不得让群臣进入。群臣中如周勃、灌婴等人都不敢进宫。这样过了十多天，樊哙推开宫门，闯了进去，后面群臣紧紧跟随。看到刘邦枕着一个宦官躺在床上。樊哙等人见到刘邦之后，痛哭流涕地说：“始陛下与臣等起丰沛，定天下，何其壮也！今天下已定，又何惫也！且陛下病甚，大臣震恐，不见臣等计事，顾独与一宦者绝乎？
且陛下独不见赵高之事乎？”于是刘邦笑着从床上起来。之后病情恶化。吕后请了良医为他医治，刘邦询问病情，医生进言：“病可治。”刘邦听了不但不高兴，还骂医生说：“吾以布衣提三尺剑取天下，此非天命乎？命乃在天，虽扁鹊何益！”不愿意继续治疗，赐给医师五十斤黄金，令医师离去。之后吕后问刘邦：“陛下百岁后，萧相国即死，令谁代之陈道明版刘邦？”刘邦说：“曹参可。”
吕后问还有谁，刘邦说：“王陵可。然陵少戆，陈平可以助之。陈平智有余，然难以独任。周勃重厚少文，然安刘氏者必勃也，可令为太尉。”吕后再问，刘邦说：“这以后，也不是你会知道的。”意指吕后也无法活那么久。
四月甲辰，刘邦驾崩于长乐宫中，吕后和审食其商量说：“诸将与帝为编户民，今北面为臣，此常怏怏，今乃事少主，非尽族是，天下不安。”吕后过了四天还不发丧，打算发兵杀尽功臣将领。有人转告这些话给将军郦商。郦商去会见审食其，说：“吾闻帝已崩，四日不发丧，欲诛诸将。诚如此，天下危矣。陈平、灌婴将十万守荥阳，樊哙、周勃将二十万定燕、代，此闻帝崩，诸将皆诛，必连兵还乡以攻关中。
大臣内叛，诸侯外反，亡可翘足而待也。”审食其把这些话转告了吕后，于是在丁未日发丧，大赦天下。丙寅，葬刘邦于长陵。己巳，太子刘盈继位，是为汉惠帝。汉惠帝来到太上皇庙。群臣们都说：“帝起微细，拨乱世反之正，平定天下，为汉太祖，功最高。”上谥号为高皇帝，庙号为太祖。又下令全国各郡国诸侯建太祖庙，每年按时祭祀。至今在江西客家地区还有汉高帝信仰，尤其是江西宁都县汉帝信仰最普遍，几乎每个村都建有汉帝庙。
为政举措善用人才统一中国建立汉朝之后，刘邦以文治理天下，征用儒生，诏令天下，广韩信泛求贤。即位的同年6月，刘邦在洛阳的南宫开庆功宴，宴席上，他总结了自己取胜的原因：“论运筹帷幄之中，决胜于千里之外，我不如张良；论抚慰百姓供应粮草，我又不如萧何；论领兵百万，决战沙场，百战百胜，我不如韩信。
可是，我能做到知人善用，发挥他们的才干，这才是我们取胜的真正原因。至于项羽，他只有范增一个人可用，但又对他猜疑，这是他最后失败的原因。”刘邦的总结确实说对了，战争的胜败，人的因素总是最重要的。定都关中后来，刘邦定都长安是因为一个叫娄敬（因被赐姓刘，又称刘敬）的士卒的提醒，娄敬从山东赶来见刘邦，说刘邦得天下和先前的东周不一样，所以不应该像东周那样以洛阳为都城，应该到关中定都，这样便可以在秦地固守险地，国家才能长治久安。
张良同意娄敬的建议，他说关中是“金城千里，天府之国”，退可守，攻可出。刘邦听了表示同意，于是很快将都城迁到了长安。地方区划刘邦接承秦朝的中央集权制和郡县制，同时废除了秦朝的苛刻法律刑法。刘邦攻入咸阳之时，便立即废除秦朝的苛法。与民约法三章，封存府库，对百姓秋毫无犯，制定《九章律》的萧何深得民心。法律思想在平定天下后，刘邦以儒家思想为主，以法家思想为辅，取消秦朝“严刑峻罚”的做法，废除连坐法及夷三族，提出了“德主刑辅”。
即以教化为主，刑罚为辅，达到宽柔相济，严松相当的统治效果。刘邦命萧何参照秦朝法律“取其宜于时者，作律九章”，即“汉律九章”。这是在战国时期李悝所制订的《法经》六篇（盗法、贼法、网法、捕法、杂法、具法）基础上补充了户律（户口管理、婚姻制度和赋税征收）、兴律（主要规定征发徭役、城防守备）和厩律（主要规定牛马畜牧和驿传方面），一般所说的汉律就是指《九章律》。
刘邦重用叔孙通整理朝纲，叔孙通制定了一套适合当时形势需要的政治礼仪制度，撰写了《汉仪十二篇》、《汉礼度》、《律令傍章十八篇》等仪法法令方面的专着，为汉朝的建立和巩固起了重要作用，也为后人留下了一笔宝贵的文化遗产。
分封异姓王刘邦虽然做了皇帝，但他也没有敢对自己的皇位掉以轻心。他在设盛宴招待英布等大臣时，曾经对在场的父亲刘太公夸耀说：“原先您老经常说我是无赖，没有赖以生存的赚钱之道，没有二哥能理家治业。如今我做了皇帝，您看在是二哥的财富多，还是我的财富多呢？”不过在享受的同时他也采取措施对皇权进行了巩固。
第一个让他不放心的就是在各地的异姓王。他们都有兵将，有的还有三心二意。第二个问题就是其他将领，为功劳大小和赏赐的多少争斗不止，如果安抚不当，就会投奔那些异姓王作乱。还有原先六国的后代也不能掉以轻心。在中央，丞相的权力对他这个皇帝也构成了威胁。刘邦从做了皇帝，到最后病死，中间有八年时间，基本上都用在了解决这些让他不放心的问题。
他先收拾的是韩信。在公元前201年，即高祖六年，有人告发韩信谋反。刘邦问怎么办，大家说发兵讨伐。但陈平却反对，他说楚国兵精粮足，韩信又善于用兵，发兵很难取胜。他建议刘邦以巡游云梦为借口，让各诸侯王都到陈县（今河南淮阳），到那时韩信一定会来，然后再抓他问罪。刘邦依计行事，果然将韩信抓住了。韩信听到对他的指控，大声喊冤：“古人说的果然不错：‘狡兔死，良狗烹；高鸟尽，良弓藏；敌国破，谋臣亡’天下已经平定，我这样的人也早就该烹杀了。”
刘邦将韩信押到了洛阳，但又没有明确的证据，便释放了他，但降成了淮阴侯。这使韩信怀恨在心。第二年，韩信谋划让陈豨在外地反叛，使刘邦亲自前去平叛，然后自己袭击留守都城的太子和吕后。但还是事情败露。吕后采用了萧何的主意，将韩信诱骗入宫抓捕，最后被斩于长乐宫钟室，留下一个“成也萧何，败也萧何”的成语。
除了韩信，其他诸侯王如彭越等人也被消灭，只剩下了长沙王吴芮。对于其他将领，刘邦也颇费心机。开始，刘邦先是分封了萧何等二十余人官职，但众将领因为互不服气，争功不止，刘邦就没有封官。一次，在洛阳南宫，刘邦看见众将坐在沙地上不知在说什么，问身边的张良怎么回事，张良说他们在谋反。
刘邦问为什么，张良说怕他以后不会封他们高官。刘邦又问怎么办，张良就问他最恨的人是谁，刘邦说是雍齿，因为他虽然功劳多，但太张狂，自己曾经想将他杀掉。张良听了就让他封雍齿为侯，这样，大家就觉得被刘邦记恨的雍齿都能受封，他们就更不用着急了。于是，刘邦大摆庆功宴，封雍齿为什方侯，还当场命丞相和御史抓紧时间草拟论功行赏分封的名单。张良的计策果然奏效，众将的心都安定了。
对于六国的后裔，刘邦则将他们和地方的名门望族共十几万人全部迁到关中居住，置于中央控制之下，消除了后顾之忧。强化皇权关于丞相的过大权力，刘邦通过把萧何下狱来打击削弱相权。在刘邦平定了黥布叛乱回到长安后，萧何提议把上林苑开放，让百姓去耕种，因为上林苑基本上已经荒芜，并不是养兽供皇帝狩猎的地方。刘邦一听就恼了，硬说萧何拿了商人的贿赂，所以才替他们说话，借百姓之名为商人牟利。
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