汉景帝后元三年（公元前141年），景帝死，太子刘彻即位，年16岁，是为孝武皇帝，史称汉武帝。在位54年，为以汉族为主体的统一的多民族的封建国家的巩固和发展做出了重要的贡献。汉朝的边患主要是匈奴，因此宁夏早期的历史同汉武帝对匈奴的战争和防御是密不可分的。
汉武帝是个有雄才大略的皇帝，在“文景之治”的基础上再创盛世。在政治上，颁行“推恩令”①，实行“酎（zh òu）金夺爵”，②基本上结束了汉初以来诸侯王强大难治的局面；实行一系列打击地方豪强的措施；创立刺史制度，加强对地方的监督和控制；削弱丞相权力，任酷吏，严刑法，建立察举制度，设立太学，加强中央集权的统治力量。在经济上，将冶铁、煮盐、铸钱收归官营；设均输、平准官，官营运输和贸易，平衡物价；征收商人资产税，打击富商大贾；治黄河，开灌溉，大力兴修水利；实行“代田法”，改进农具，促进农业生产的发展。在思想上，采纳董仲舒的建议，罢黜百家，独尊儒术，使加强君主集权、实现大一统的儒家思想成为封建统治思想。在军事上，发动对匈奴的战争，解除匈奴对中原的威胁。
汉武帝建元六年（公元前135年），匈奴请求和亲，武帝召集大臣议论。有的认为，汉与匈奴和亲，常常维持不过几年，匈奴就背约，不如不许，兴兵击之。有的则认为，匈奴逐水草迁徙，居无定处，很难制胜。如果出兵数千里去攻击，人困马乏，匈奴则可尽全力对付疲惫的汉军，这是很危险的，不如答应和亲。朝中大臣多数赞成和亲的意见。于是，武帝下诏与匈奴和亲。所以汉武帝即位之初，表面上还在维持与匈奴和好的关系。
随着西汉王朝国力的强盛，汉武帝已在积极准备用武力征讨匈奴。“马邑之谋”③流产以后，汉朝和匈奴就完全断绝了关系，大规模的战争也随着开始了。元朔二年（公元前127年），汉武帝派大将卫青出击匈奴，夺取河套一带，汉朝在那里设朔方、五原郡，迁移10万人去屯驻垦荒。元狩二年（公元前121年）夏，汉武帝又派骠骑将军霍去病和公孙敖分兵两路攻击匈奴。霍去病由北地出发，越过贺兰山，采取大迂回战术包抄匈奴，沿额济纳旗河由北向南卷进，夺得祁连山、焉支山和河西走廊，在那里设酒泉、武威、张掖、敦煌郡。这次战役，匈奴势力大受损伤。元狩四年（公元前119年），汉武帝派卫青、霍去病带兵数十万，分两路进击匈奴，一直追到今蒙古戈壁大沙漠以北，终于使匈奴元气大伤，从此再也不能与西汉抗衡了。史载，受到汉朝沉重打击的匈奴，东汉时分裂为南北二部，其中一支远走西亚、欧洲。
汉武帝十分重视宁夏地区的战略地位。元狩三年（公元前120年），汉武帝徙内地灾民70万到河套以南地区屯耕，由政府供给口粮、衣物、籽种和耕牛，派官员监护，开渠引水灌溉，大力发展农业生产；设立苑监，推行以蓄养军马为主的畜牧业。鉴于汉文帝前元十四年匈奴14万劲骑突破朝那萧关、威逼长安的历史教训，他格外重视萧关一带的军事防务。
为了加强管理和防务，元鼎三年（公元前114年），将北地郡的一部分划出，另置安定郡，宁夏南北分属安定郡和北地郡。安定郡郡治设在高平，即今宁夏固原县城。因其地处原上，既高且平而得名。后又因城池坚固，又有“高平第一城”之称。
为了巩固边防，向匈奴显示大汉王朝的强盛，自公元前112年至公元前88年的25年中，汉武帝曾6次驱马击剑出萧关，巡视边塞。元鼎五年（公元前112年）十月，汉武帝第一次出巡，随从人马数万骑，除文武大臣随驾外，太史令司马迁也随行。他们登临崆峒山后，北出萧关，到达安定郡，又北上，进入河套地区，当时称为“新秦中”。他看到这一带“千里无亭徼（jiào）”，防务松弛，怒不可遏，便下令杀了不忠于职守的北地郡太守及其下属官员。亭徼，是古代防守用的堡垒要塞。这次诛杀，朝野震动，各地郡县都重视了辖区的防务。为弥补军马的足，汉武帝下令边地郡县发展养马业，由官府提供母马，用以繁殖，3年后归还。元封四年（公元107年）十月，汉武帝下令修通了回中道。回中道系长安回中北出萧关至安定郡的交通大道。回中道修通后，汉武帝又沿次道北出萧关，循清水河谷大道，过安定、北地，又向东北巡视到河北迺（nǎi）县（今河北省涞水县北）才返回。这次回中道的开通，是固原历史上的第一座里程碑，是固原得以大规模开发的契机，对此后固原的城市建设、政治经济地位的确立、文化的繁荣都将起到推动性的作用。
此后2000余年，这条道路一直是关中通往宁夏的交通大道。回中道的开通，在当时就为世人所注目。古乐府诗《汉饶歌十八曲》之一的《上之回》，就描述和颂扬了回中道开通这桩盛事：
上之回，所中益。夏将至，行将北。以承甘泉宫，寒暑德。游石关，望诸国。月支臣，匈奴服。令从百官疾驱驰，千秋万岁乐无极。
“上之回”的“上”，指汉武帝刘彻“；之”，去，到“；回”，即回中道，亦可指回中宫。太初元年（公元前104年）八月、太始四年（公元前93年）十二月、征和三年（公元前90年）正月、后元元年（公元前88年，汉武帝去世前一年）正月，汉武帝又先后4次北出萧关，巡视了安定郡和北地郡，每次都驻跸高平。征和三年，他还在高平接见了西胡月支（即月氏）国的使节，接受他们献上的珍兽和礼品。
汉武帝六出萧关，多次巡幸安定、北地两郡，可见当时宁夏南北地区战略地位的重要。他在高平接见西胡使节，说明固原在西汉时就已成为中西经济文化交流通道上的一个重要城镇。
