值得庆幸的是，就在危亡存于旦夕之际，汉武帝及时醒悟并反省了自己的错误，于是悬崖勒马，改玄易辙，调整了政策。征和四年（前89）三月，他在出游东莱返回长安途中，对群臣说：“朕即位以来，所为狂悖，使天下愁苦，不可追悔。自今事有伤害百姓、靡费天下者，悉罢之。”（《资治通鉴》卷二十二）同年六月回到长安后，汉武帝又公开向全国发布了著名的《轮台罪己诏》，对自己以往的所作所为深表悔恨。
这份诏书之所以叫《轮台罪己诏》，是因为在此之前，负责屯田事务的搜粟都尉桑弘羊与丞相、御史等人上书武帝说：“轮台（在今新疆轮台县东南）以东有能够灌溉的田地五千多顷，可派军队前去屯田垦殖，设置校尉三人分别统辖，让他们在那里大量种植五谷，张掖、酒泉两郡派出骑兵，为他们开路警戒。招募民间身强力壮、敢于远赴边塞的人前往该地，开垦更多可灌溉的农田，同时逐步修筑堡垒哨所，一直向西延伸，既可加强对西域各国的影响，又能辅助公主出嫁的乌孙国。”汉武帝随后发布的诏书，就是针对“轮台之戍”的建议而写的，诏书的主要内容是汉武帝承认自己的政策过失，把原来的错误都归罪于自己，所以后人将其称为《轮台罪己诏》。
这份诏书，不仅对西汉，而且对整个中国的历史，都产生了非常重大和深远的影响。
从此，汉武帝不再派兵出征，一心一意搞建设，殚精思虑谋发展。他又封丞相田千秋为富民侯，以表示他从此要与民休息，大力发展生产，让人民尽快富裕起来。《轮台罪己诏》的颁布，标志着汉武帝末年政策有了根本转变。他在改正自己过失、停止连续30多年的大事征伐的同时，将国家的政策重点转变到重视农业生产、减轻群众负担、恢复民力上来，凡是伤害老百姓或浪费天下财物的事一概不做。这些政治上的改革，挽救了当时濒危的局势，使社会矛盾得以缓和，因而使汉朝没有陷入秦末的厄运。
司马光为此评论说：“汉武帝穷奢极欲，刑罚繁重，横征暴敛，对内大肆兴建宫室，对外征讨四方蛮夷，又迷惑于神怪之说，巡游无度，致使百姓疲劳凋敝，很多人被迫成了盗贼，与秦始皇没有多少不同。但为什么秦朝因此而灭亡，汉朝却因此而兴盛呢？是因为汉武帝晚年能改变以往的过失，将继承人托付给合适的大臣，这正是汉武帝之所以有造成秦朝灭亡的错误，却避免了秦朝灭亡的灾祸的原因吧！”（《资治通鉴》卷二十二）