漢武帝剛剛即位，求賢若渴，在全國之內，招選賢良儒學之士。這時公孫弘已經六十歲了，以賢良的身份被征召入京，做了博士。他奉命出使匈奴，回來彙報情況，因為不合皇上心意，漢武帝很生氣，認為他無能，公孫弘就稱病辭官回家了。
又過了幾年，漢武帝再次招選賢良儒學之士，菑川國再次推薦公孫弘。公孫弘向國人推辭說：前些年我已經應命去過京城一次，因為無能而罷官回來。這次還是推薦其他的人去吧。
國人仍然堅決推舉公孫弘，公孫弘就到了太常那裡。太常讓所征召的一百多個儒士分彆對策，公孫弘被排在最後。全部對策文章送到了漢武帝那裡，漢武帝看後，把公孫弘的對策文章提到第一。公孫弘被召入朝覲見，漢武帝見他相貌堂堂，就封他為博士。
當時漢朝正忙著開拓西南夷通道，要在那裡設郡縣，巴蜀百姓對此苦不堪言。漢武帝派公孫弘前去探視，公孫弘覺得修這條路是勞民傷財，不主張修這條路。公孫弘視察歸來，向皇帝報告，極力反對修這條路，但漢武帝沒有采納他的意見。
公孫弘為人豁達，見聞廣博，常說人主的弊病就在於心胸不夠廣大，人臣的弊病在於太奢侈。因此他蓋布被，吃飯時從不吃兩種以上的肉菜。後母死了，他守喪三年。
公孫弘上朝同大家議論政事，他隻闡明事情的原委，讓皇帝自己去選擇決定，從不當麵駁斥或在朝廷上力爭。漢武帝漸漸發現公孫弘這個人，品行忠厚，善於言談，熟悉文書法令和官場事務，而且還能用儒學觀點加以文飾，所以就非常喜歡他，就提拔他為內史。
公孫弘上奏事情，有時不被采納，他也不當庭爭辯。他曾經和主爵都尉汲黯向皇帝單獨奏事，汲黯先說，公孫弘隨後加以推究闡述，皇帝常常很高興，他所奏的事情都被采納。從此，公孫弘一天天受到了皇帝的寵信，地位也顯貴起來。
公孫弘曾經與大臣們事先商定了一套方法，但到了皇帝麵前，他卻違背了與大臣的約定，順從皇上的旨意。汲黯在朝廷上責備公孫弘說：齊人多半狡詐而無誠意，開始時同我們一起提出這個建議，現在卻完全違背，這簡直就是不忠。
皇帝問公孫弘說：有這樣的事嗎？
公孫弘謝罪說：了解我的人認為我忠誠，不了解我的人，就認為我不忠誠。
皇帝讚同他的說法，不論誰詆毀公孫弘，皇帝卻更加厚待公孫弘。
武帝元朔三年，張歐被免職，漢武帝任命公孫弘為禦史大夫。這時漢朝正忙著開通西南夷，在東邊設置滄海郡，在北邊修建朔方城。公孫弘屢次上書勸諫，認為這些做法是勞民傷財，白白浪費了錢財。希望停止這些無效的工程。
漢武帝派朱買臣以設置朔方城的好處，來責問公孫弘。朱買臣共提出了修建朔方城的十大好處，公孫弘無法反駁朱買臣提出的十大好處，就賠罪說：我是崤山以東的粗人，真的不知道修朔方城還有這麼多好處。但希望能把西南滄海郡暫時停下來，集中力量來修建朔方城。漢武帝同意了公孫弘的建議。
汲黯說：公孫弘位居三公，俸祿很多，但卻蓋布被，這是故意騙人。
皇帝就問公孫弘，公孫弘謝罪說：確有此事。九卿中與我交情深的莫過於汲黯了，但他今天在朝廷上詰難我，確實是說中了我的要害，我作為三公卻蓋布被，確實是巧行欺詐，沽名釣譽。
不過我聽說管仲擔任齊相時，有三處住宅，其奢侈可與國君相比。齊桓公依靠管仲而稱霸天下，也是對在上位的國君的越禮行為。晏嬰齊國為相輔佐齊景公，吃飯時從不吃兩樣以上的肉菜，妾不穿絲織的衣服，齊國治理的也很好，這是晏嬰向下自比於百姓了。
如今我當上了禦史大夫，卻蓋布被，使得上至九卿下至小吏，沒有了貴賤的差彆，確實像汲黯所說的那樣。況且沒有汲黯的忠誠，陛下又怎麼能夠聽到這些話呢？漢武帝認為公孫弘謙讓有禮，越發厚待他，後來任命他當了丞相，封為平津侯。
公孫弘為人猜忌多疑，外表寬宏大量，內心卻城府很深。曾經跟他有嫌隙的人，公孫弘表麵上與其很友善，暗中卻加害報複他們。殺死了主父偃，董仲舒被改派到膠西國當相國，離開了朝廷，都與公孫弘有關。
他自己每頓飯隻吃一個肉萊，和粗米飯，但他的一些老友及相好的賓朋的衣食，都是公孫弘資助的。公孫弘把全部俸祿，都用來資助他的這些老友，深得許多士大夫的稱讚，而他的家中卻沒有剩餘的財物。
公孫弘擔任丞相之職，因事務繁忙，整日有處理不完政務，終因年事已高，不久便病倒了。此時淮南王和衡山王謀反，朝廷緊急平叛，追查黨羽。公孫弘以為，諸侯謀反，是宰相不稱職導致的，一旦自己默默死去，沒辦法向皇帝交待。
便上書說：我一直以為我的才智低下，又沒有什麼汗馬功勞，是陛下格外施恩，把我從行伍中破格提拔上來，封為列侯，位居三公之職。我的德行才能都不足以和職位相稱，平素又多病，恐怕不久將離於人世，最終無法報答陛下的恩德，儘臣子之責。我希望交回侯印，辭官回家，給那些賢者讓位。
漢武帝答複說：獎賞有功的人，表彰有德行的人，守住先人的事業要崇尚文治，遭遇禍患就要用武功，這是千古不變的道理。你行事謹慎，憎恨醜惡的人，弘揚善良的人，常在我身邊，是值得信賴的人。如今你偶感風寒，何愁不愈？卻上書要退回侯印，辭官歸家，這是彰顯我的無德呀！你不要有太多的顧慮，安心養病，一定會好起來。
漢武帝準許公孫弘繼續休假，並賜給他酒肉和布帛。
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