司马谈对儿子说出这番临终遗命后，究竟是马上就逝世了，还是一直缠绵病榻，司马迁并没有详细记载，但他既然用了“且卒”二字，恐怕司马谈也没有拖很久。司马迁可能在洛阳就为父亲办了后事，然后因为任务在身，继续追赶封禅的大队人马，以便向天子回报奉使西南的成果。
司马迁有没有赶上太室山的祭祀，无法考证，但泰山封禅以后的行程他是赶上了。不过，他可能没有机会看到全部实况，只看到了一小部分。也许汉武帝为自己以封禅求仙的心理感到有点心虚，万一重蹈秦始皇的覆辙，在登泰山途中受阻，那不就贻笑天下了吗？登顶泰山是这次封禅的最后一个程序，即在泰山下的祭礼完毕后登上泰山顶，汉武帝仅带了一个最心腹的贴身侍卫随行，且“其事皆禁”。他们在山上做了什么，发生了什么，没有人知道。接下来就是群臣和方士们的道贺，方士们说既然天子登泰山没有碰到风雨阻挠，那就表示神仙“若将可得”，差不多可以求到了，鼓励汉武帝继续努力。
这之后，司马迁跟着大队人马东至海上，观看汉武帝求见蓬莱仙的活动。这时，先前单独一人陪汉武帝登上泰山的贴身侍卫突然暴毙。神秘的祭典，神秘的死了人，谁也无法准确地说出这个贴身侍卫为什么而死，他年纪轻轻，也只好用“暴毙”二字了。但据说方士们都认为这位贴身侍卫是得道成仙去了，所以大家不必惊慌，也不必伤心。这种说法实在让人难以相信。
司马迁又随大队人马从东边海上转到碣石山，碣石山究竟在现在的什么地方，有好几种说法，甚至有的说法认为它已经沉没海中。大概的位置在今河北东北、山海关以南沿海一带。从碣石山北上，经辽西（今辽宁西南一带）沿着长城到五原（今内蒙古包头西北），然后南下到陕西中部的甘泉，那也是方士口中的圣地。
从四月封禅泰山、梁父，到甘泉才五月间，只花了一个月时间，走了一万八千里。这次旅行对司马迁来说，收获最大的就是目睹了万里长城，也亲眼看到了令燕、齐之士产生奇特幻想的东方海边。他在《蒙恬列传》中说，他从北方边境经直道至甘泉而回长安。
直道是公元前212年，秦始皇驾崩的前一年所筑，从五原直通甘泉。司马迁说当年秦始皇初灭诸侯，天下之心未定，百废待兴，在那种情况下，蒙恬以一个名将的身份，没有想到开疆辟土的事情，而是请秦始皇先解决社会民生问题。可惜秦始皇没有听从他的意见，一味地滥用民力，修筑长城和直道，到最后蒙恬兄弟均被杀或自尽，“不亦宜乎？”
这一段感慨大概也是因为此次旅游才触景而生吧！这一年是元封元年，即公元前110年。除封禅之外，司马迁也目睹了汉武帝财经政策的成果。
汉武帝为了推行他的雄图大略，将行政实权授予法家人士。法家有一个重大的责任就是要尽可能地开源。其方法大概可以归纳为两类：一是扩大苛捐杂税；二是加强经营国营事业。后者又分为专卖的与非专卖的国营事业，实行专卖的有盐、铁、酒；非专卖的则有均输和平准两法。均输是各郡国每年按规定应该献给皇帝的土产，不必运到京城，可以交由设在各地的均输官转运到市价比较高的地方去卖，收入归中央。平准是在京城设立平准局，搜罗天下各地的各种货物，价钱便宜的时候买进来，价钱贵的时候卖出去，一方面可以平抑物价，一方面政府可以从中获得利润。为汉武帝主持这些财经政策的是洛阳商人之子桑弘羊，他很了不起地使国家财政在汉武帝的挥霍下不致枯竭，并使物价保持平稳。
公元前110年，正是平准法施行见其成果的一年，司马迁亲眼见证了这些结果，并在《史记·平准书》中写道：“于是天子北至朔方，东到泰山，巡海上，并北边以归。所过赏赐，用帛百余万匹、钱金以巨万计，皆取足大农。”大农就是大司农，是九卿之一，主管全国财政。
这次封禅大典以后，经辽西，沿长城，到五原，然后由直道回甘泉、长安的巡游，巨大的花费和日常赏赐等都得益于平准法的施行。不过，这种以吏为商、与民争利的办法不是长久之计，渐渐地会产生一些弊端。司马迁的《平准书》就是观察这些现象所做的纪录。
元封二年，即公元前109年，方士公孙卿说他见到了蓬莱山的神仙，神仙说想见天子。于是司马迁又有机会随圣驾东巡。东巡先到洛阳，然后到蓬莱山，留宿了好几天，也没有遇见什么神仙。
那年干旱，汉武帝回程途中在掖县（今山东莱州）求雨，然后又去祭泰山，祭完泰山来到今河南濮阳县。22年前，即公元前131年，司马迁15岁时，黄河曾在此决堤，大水流向东南，汉武帝命人治河。当时的宰相正是汉武帝母亲的同母异父弟田蚡，他有一部分封邑在黄河以北，黄河在此地的决口在南面，他的封邑幸免于难，于是他对武帝说：“江河之决皆天事，用人力加以强塞，未必能与天意相应。”另外一些人也持同样的看法。
后世研究者认为，田蚡这个见解是“老成谋国之言”，是为私利而阻止塞河工程。不过，他的看法对汉武帝产生了很大影响，此后二十多年间，汉武帝没再理会这个问题。
这年干旱，汉武帝先命汲仁、郭昌率数万人去进行塞河工程，等他祭泰山后来到这里，就命令所有随行的群臣、侍卫，从将军以下，一律带着薪柴或竹子，在黄河决口处形成一道“墙”，并把土石填在里面以塞黄河。还有一种说法是汉武帝当时命令群臣、侍卫用竹片编成长40寸，大45寸的袋子，里面盛石子，由两船夹载到适当位置下水填塞，这种工程叫做“下竹楗”。
这次天子亲自领导的塞河工程就是史上有名的“负薪塞河”。司马迁也实地参加了。汉武帝除了命人塞河之外，还亲自主持祭河仪式，把白马玉璧投入河中，并且还特地做了一首关于黄河的歌谣。