汉武帝先后任命了13位丞相：建陵侯卫绾、魏其侯窦婴、柏至侯许昌、武安侯田蚡、平棘侯薛泽、平津侯公孙弘、乐安侯李蔡、武强侯庄青翟、高陵侯赵周、牧丘侯石庆、葛绎侯公孙贺、彭城侯刘屈氂、富民侯田千秋，不过这13位“一人之下，万人之上”的丞相却鲜有善终。
1、后元元年（前143）—建元元年（前140年）：建陵侯卫绾
后元元年（前143）丞相刘舍被免职。八月汉景帝任命御史大夫卫绾为丞相，封为建陵侯。他做了三年丞相，汉景帝崩逝（前141年），汉武帝即位。建元元年（前140年），因当初汉景帝卧病之时，官府中多有无辜受冤的囚犯，身为丞相未能负责申冤，被免去相职。卫绾去世后（前131年），谥号哀侯。
2、建元元年（前140年）—建元二年（前139年）：魏其侯窦婴
窦婴是汉文帝窦皇后堂兄的儿子，吴、楚七国之乱时，被景帝任为大将军，监督齐国和赵国两路兵马，等到七国的叛乱全部被平定之后，汉景帝就赐封窦婴为魏其侯。
建元元年（前140年），丞相卫绾免职后，汉武帝汉武帝任命窦婴当丞相，田蚡当太尉。建元二年（前139年），被窦太后解除了丞相职务。元光四年（前131年），窦婴“伪造圣旨罪”被处死。
3、建元二年（前139年）—建元六年（前135年）：柏至侯许昌
建元二年（前139年），柏至侯许昌接替窦婴当了丞相，武强侯庄青翟当了御史大夫。到了建元六年，窦太后崩，丞相许昌、太尉庄青翟因“坐丧事不办”，而被武帝免职。
4、建元六年（前135年）—元光五年（前130年）：武安侯田蚡
建元六年（前135年），太皇太后窦氏去世，田蚡登上丞相之位。元光五年（前130年）春天，田蚡病倒，不久便恐惧而死。
5、元光五年（前131年）—元朔五年（前124年）：平棘侯薛泽
田蚡死后，武帝命御史大夫韩安国行丞相事，不过韩安国很不幸运，从车上摔了下来受了重伤，武帝只好将他病免，让薛泽做了丞相，担任丞相期间，没有什么作为，元朔五年被免职。
6、元朔五年（前124年）—元狩二年（前121年）：平津侯公孙弘
薛泽被免职后，汉武帝欲任用公孙弘为丞相。但是根据汉朝的制度，丞相都是在列候中选任的，于是武帝下诏封平津乡650户给丞相公孙弘为平津侯。元狩二年（前121年）春三月戊寅，做了6年丞相的公孙弘薨于任上，谥号献。
7、元狩二年（前121年）—元狩五年（前118年）：乐安侯李蔡
西汉飞将军李广堂弟，曾任汉文帝的侍从。公孙弘死后，御史大夫乐安侯李蔡接任丞相之职。汉武帝元狩五年（前118年），李蔡因私自侵占汉景帝园寝的空地而被问罪，李蔡不愿接受询问，自杀而死。
8、元狩五年（前118年）—元鼎二年（前115年）：武强侯庄青翟
汉高祖时武强侯庄不识(《史记》作庄不职)之孙，汉文帝时袭爵武强侯。李蔡死后，汉武帝任命太子少傅庄青翟为相。元鼎二年（前115年），因与权臣张汤的相互构陷，牵连致死。
9、元鼎二年（前115年）—元鼎五年（前112年）：高陵侯赵周
景帝中元二年（前148），因父功封侯。元鼎二年二月，汉武帝任命太子太傅赵周为丞相。元鼎五年，因被控告明知列侯所献黄金不足却不上报，被捕下狱而自杀身亡。
10、元鼎五年（前112年）—太初二年（前103年）：牧丘侯石庆
赵周被免职后，汉武帝命御史大夫石庆为丞相，册封为牧丘侯。太初二年，石庆去世，朝廷赐他谥号为恬侯。
11、太初二年（前103年）—征和元年（前92年）：葛绎侯公孙贺
石庆死后，被汉武帝任命为丞相，封葛绎侯。不过，汉武帝的丞相并不是那么好当的，李蔡、庄青翟、赵周连续三任丞相皆因罪自杀。所以他不肯受丞相的金印紫绶，直到见了汉武帝生气后才不得已拜受。果不其然，征和二年（前91年），公孙贺因巫蛊之祸死于狱中。
12、征和二年（前91年）—征和三年（前90年）：彭城侯刘屈氂
汉武帝刘彻兄中山靖王刘胜之子，征和二年被任命为丞相。征和三年（前90年），刘屈氂暗中勾结贰师将军李广利准备立昌邑王刘髆为太子，事情败露之后被腰斩于长安东市。
13、征和四年（前89年）—元凤四年（前77年）：富民侯田千秋
战国时田齐后裔。车千秋接替刘屈牦担任丞相，封为富民侯。元凤四年（前77年），为相十二年后去世，谥号定侯。
