桑弘羊理財有功，深得武帝的信任，元封元年（公元前110年），他又被提升為治粟都尉，並代理大農令，主持全國的經濟工作。在此後的13年中，他一直掌管西漢王朝的財政大權，繼續廣闢利源，以支援封建國家龐大的財政開支。
一是全面實行鹽、鐵官營，大大增加國家收入。鹽、鐵官營，春秋時管仲相齊時就已提出。武帝於元狩六年（公元前117年）已頒令實行，並任命東郭咸陽、孔僅主持其事。東郭咸陽是齊之大鹽商，孔僅是南陽的大冶鐵商，他們靠煮鹽、冶鐵獲利累千金。當時的大農令鄭當時向武帝薦舉，任命他們為大農丞，主持鹽、鐵官營之事。他們在各地設立鹽、鐵官時，大多選用商人擔任。由於用人不當，對鹽、鐵官營法令執行得很不徹底，而且還出現了鹽鐵質量低劣、價格太貴等問題。
桑弘羊接手以後，大力加以整頓。他選派得力的大農部丞數十人，分別下到各郡國，對原有鹽、鐵官進行整頓、甄別，又新設了一批鹽、鐵官。鹽官的設定增至28郡的37處，鐵官增設至40郡的49處。其分佈之廣規模之大是空前的。鹽的生產銷售，是由政府招民自備資金，鹽官供給煮鹽工具和口糧，在統一督促下煮成的鹽全部由國家收購，然後再由國家賣給私人食用，煮鹽人不得私自銷售，用現在的話說就是統購統銷。鐵的官營，則是在郡國產鐵處由鐵官組織生產，不出鐵的郡國，則由鐵官組織銷售。鐵的生產、銷售主要採取國家統一經營的方式，有利於資金的籌集、技術的改進和產品質量的提高。冶鐵業的發展，反過來又促進了手工業和農業的發展。鹽、鐵官營，國家控制了這兩個重要的生產部門，便從經濟上削弱了諸侯王和地方豪富的實力，保證國家財政收入的穩定增長。
二是創立和實行均輸法。西漢前期，各郡國向朝廷定期輸納貢物。貢物的種類和數量，是根據朝廷的需要決定的，不一定是郡國當地的特產。一些郡國要完成貢物任務，必須到別的地方採買。因為所需數量較大，商人哄抬物價，再加上長途運輸，運費和損耗有時比貨物貴幾倍，這樣便增加了人民的負擔。元鼎二年（公元前115年），桑弘羊任大農丞時就創立了均輸法，企圖解決這一弊端。所謂均輸法，就是將郡國應交貢物，一律按當地市價，摺合成當地的土特產品，上交均輸官，再由均輸官運到缺乏這種產品的地方出售，政府便借這種產品的地區差價，從中獲得高額利潤。這樣做有許多好處：國家所需物資有保證，減少了長途運輸的困難，各郡國個必再派人四處採購，商人從中所得暴利轉化成國家收入。均輸法實行初期，鹽、鐵兩項重要物資還掌握在孔僅等人手中，孔僅下臺、桑弘羊代理大農令以後，均輸法便在全國普遍推廣，物資的流通大為加速，京城長安和邊疆所需物資源源運到。元封元年（公元前110年），武帝北狩至朔方，東至泰山，遊海上至碣石，遠達遼西，巡北部邊境到九原，再沿秦始皇所築的直道回到甘泉宮，“所過賞賜，用帛百餘萬匹，錢金以百萬計，皆取足大農”（《史記？平準書》）。
三是在推行均輸法的同時，創立和實行平準法。所謂平準，就是在京師設立物資倉庫，儲存貨物，某種物資價格下跌時，由官府收購，上漲時再出售，以調理物價。這樣，官府不受損失，商人不能囤積居奇，牟取暴利，既解決了由均輸官運到京師的多餘貨物的出售問題，又滿足了官府和百姓對一些貨物的需求，於官於民都是有利的。
四是建立“酒榷”法，實行酒類專賣。漢代飲酒之風盛行，消耗量大，銷售酒的利潤也高。天漢三年（公元前98年），少府丞令建議實行“酒榷”，由國家對酒類實行專賣。桑弘羊積極予以支援，報請武帝批准後實行。酒榷法規定：由官府向私營釀酒作坊提供原料和酒麴，產品由國家統一收購，再賣給個人，設榷酒官進行管理。酒類專賣，是國家的又一大財源。
桑弘羊的財政改革，以“興利”為目的，卻帶動了武帝時期整個封建經濟的繁榮。據史書記載，僅山東一地漕運糧食增加到年600萬石，太倉、甘泉倉堆滿糧食，邊地有了餘糧。由於均輸法的推行，各地貨物流通贏利帛500萬匹，“民不加賦而國用饒給”，數以億計的軍費、賞賜和朝廷費用能夠滿足。桑弘羊也因此得到左庶長的爵位和黃金200斤的賞賜。
“輪臺之詔”以後兩年，漢武帝離開人世，8歲的昭帝劉弗陵繼位，桑弘羊與霍光、上官桀、金日殫成為輔政大臣。輔政大臣以霍光為首。他接受“輪臺之詔”的基本思想，主張“輕徭薄賦，與民休息”，對前期的經濟政策作些調整。昭帝始元六年（公元前81年），他下令徵求意見，問“民間疾苦”。各地反映要求罷除鹽鐵官營、酒類專賣政策。桑弘羊當然不贊成。霍光便以昭帝名義召集各地儒生（“賢良”、“文學”）60多人，進行了一次公開辯論，這就是歷史上有名的“鹽鐵會議”。辯論的結果，一方面肯定了武帝時期桑弘羊所進行的財政改革的成績，一方面又為昭帝時期調整某些經濟政策作了輿論準備。由於桑弘羊對經濟形勢作了過分樂觀的估計，仍如武帝時期那樣一味進取，與霍光在政見上產生了分歧，並嚴重影響到兩人的關係。鹽鐵會議以後，桑弘羊又捲入了與上官桀迎立燕王為帝的活動，陰謀敗露後，桑弘羊於元風元年（公元前80年）被霍光處死。漢宣帝時，桓寬根據鹽鐵會議當時的記錄，整理出一部對話體的名著《鹽鐵論》，記載了這次會議的情況，保留了桑弘羊堅持改革的基本主張。