桑弘羊任大农丞期间，在理财方面表现出的出色才能，使汉武帝极为欣赏。元封元年(前110)，桑弘羊被提升为治粟都尉，并代理大农令，挑起了总管国家财政经济的重担。这一年，桑弘羊四十四岁。天汉元年(前100)，桑弘羊被正式任命为大司农。他从代理大农令到大司农，共十三年的时间，这个时期是西汉王朝的鼎盛时期，也是桑弘羊在财政工作中最有成效的时期。这一时期，他参与制定和推行了一系列重要的财政政策。
一是盐铁官营。关于盐的官营，实际上采用的是“民煮归官”的办法。盐户由政府招募，煮盐的费用由盐户自己承担，政府只供给他们生活费用和煮盐的铁锅，煮成的盐由盐官负责统购统销。关于铁的官营，是在产铁的郡设置铁官进行生产，不产铁的郡设置小铁官负责销售。盐铁官营以后，生产规模扩大了，也大大增加了政府的财政收入。而桑弘羊自己更认为官营盐铁不仅有利于国计民生，而且还有杜绝豪强兼并，消除地方割据势力，巩固国家统一的作用。后来他之所以遭到大工商业主和贵族官僚地主的激烈反对，其原因即在于此。
二是均输平准。均输是西汉政府通过赋税的形式，对于从民间征用的各类物资实行调剂的一种手段，即各郡国应上交中央的贡物，一律按当地市价，折合成当地出产的、价格低廉的土产品，交与均输官，再由均输官运往缺乏这些产品的地区高价出售。这样既可免除各郡国输送贡物入京师的困难，又能随时调剂中央所需要的物品。同时封建官府不费一文即可得到土特产品，在辗转贸易中获得巨大利润。平准是为了统制商品的交换和买卖，平衡商品价格，在京师长安设立的一个机构，即大农诸官以各地输进的物资和工官所制造的各种产品为资本，当京师某种商品涨价时，即贱价抛售；反之，如果某种商品跌价时，即大量收买。它的任务是稳定京师市场物价，打击工商业主的囤积居奇和投机倒把活动。桑弘羊创立的均输平准，对于增加封建国家的收入，以缓解财政困难，成效是很显著的。因此，武帝赐桑弘羊爵为左庶长，黄金二百斤，以示鼓励。
三是酒类专卖。天汉三年(前98)，实行酒榷法。即由官府供给私营酿酒作坊以谷物，酒曲等原料，规定酿造的格式，具体生产由私营作坊分散独立经营，酿成的酒归官府所有，私人不得出售。这样，官府虽不垄断生产，但却控制全部产品，实行专卖。酒类专卖后的赢利是相当可观的，它与当时的盐铁、均输并称为国家主要财政来源的“三业”。这三业的实行，为扭转武帝时的财政危机起了决定性的作用。