漢武帝于西元前110年四月從東海返回泰山封禪， 由於沒有人知道古代封禪的禮儀， 因此漢武帝自定了封禪之禮。
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漢武帝先到了梁父山， 以禮祭祀地神。 乙卯日， 他命侍中和儒者穿著隆重的禮服， 即頭戴皮弁， 插笏垂紳， 行射牛的禮儀。 隨後， 漢武帝在泰山東面的山腳下封土行禮， 所封土寬一丈二尺， 高九尺。 下面埋有玉牒書， 是漢武帝寫給天帝的書信， 書的內容隱秘無人知曉。
行完禮後， 漢武帝獨自帶著已故將領霍祛病的兒子、侍中奉車霍子侯登上泰山， 在山頂同樣行了封土禮， 至於行禮過程怎樣同樣沒有多少人知曉。
整個封祭、禪祭漢武帝都親行拜見禮。 禮服為黃色， 都有禮樂伴奏。 薦神用的草席是用江淮間的三脊茅編織而成， 封土用雜土石， 上面加蓋五色土。 漢武帝還將遠方進貢來的奇獸、飛禽以及白山雞等物放還山林， 兕牛犀像之類不宜放還山林的， 都到泰山下祭祀後土。 據載， 行封禪禮的地方， 當夜仿佛有光出現， 白天有白雲從封土中升起。 這應該是神靈的顯現。 整個典禮過程透露出一種神秘氣氛和宏大的氣魄。
封禪結束後， 漢武帝在泰山腳下的明堂接受群臣朝賀， 並因首次封禪改年號元鼎為元封。
接受朝賀後， 漢武帝廣賜牛、羊、酒、布等， 並免除奉高、曆城等地年租， 大赦天下， 而且詔許凡是天子車駕所經之處， 免除一切勞役。 漢武帝還下令在泰山腳下為諸侯修建官邸， 以備他們隨駕迎駕封禪泰山之朝宿。 將漢代有封爵的人和泰山聯繫在一起， 增加了泰山的影響。
最早建置在泰山附近的城鎮， 是春秋時的博邑(位於泰城舊縣村)， 該城曾先後為魯、齊兩國所統屬。 秦統一後， 在此設立博陽縣。 漢初在這裡設立博陽郡， 漢武帝時改稱泰山郡。 自春秋至西漢武帝前的四百年中， 博城是泰山南麓的政治、文化中心。 在漢武帝首次封禪後，
西元前109年， 距第一次封禪僅一年時間， 漢武帝再次來到泰山， 在泰山修築明堂。
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漢武帝泰山封禪之後， 又東遊海上， 北至碼石， 經遼西， 曆九原， 於五月回到甘泉。 武帝封禪， 行程一萬八千里， 可謂氣勢恢宏。
漢武帝封禪泰山的儀式結束之後， 還發佈了文告：
朕以眇身承至尊， 兢兢焉惟德菲薄， 不明于禮樂， 故用事八神。 遭天地況施， 著見景象， 屑然如有聞。 震於怪物， 欲止不敢， 遂登封泰山， 至於梁父， 然後升禪肅然。 自新， 嘉與士大夫更始， 其以十月為元封元年。 行所巡至， 博、奉高、蛇丘， 曆城、梁父， 民田租逋賦貸，
從文告中可以看出， 漢武帝以一種謙虛虔誠的態度， 來表明自己的心跡， 以求有新的開始， 並向人民施行恩惠。
七次再封禪泰山
在首次泰山封禪後， 元封八年(西元前109年)、元封五年(西元前106年)、太初元年(西元前104年)、太初三年(西元前102年)、天漢三年(西元前98年)、太始四年(西元前93年)、征和四年(西元前89年)， 漢武帝又先後七次到泰山封禪。 漢武帝在前後二十一年的時間裡， 到泰山封禪了八次， 平均不到三年即有一次。
西元前109年， 距第一次封禪僅一年時間， 漢武帝再次來到泰山， 這一次發生了一件非常重大的事情：在泰山修築明堂。 明堂相傳是夏商周以來宮殿中兼有祭祀功能的最重要的大殿，
不過， 時人並不知道明堂該建成什麼樣子。 這時濟南人公玉帶上黃帝時明堂圖。 圖中顯示， 明堂正中是一座大殿， 四周無牆， 以茅草覆頂。 又建有複道。 殿上有樓， 從西南方的複道進入大殿， 稱為“昆侖道”。 天了從這裡入殿， 就可拜祀天帝了。 大殿外有水環繞一周。