宋孝武帝是一位颇有作为、积极改革制度的皇帝。
《宋书》称他“不欲威柄在人，亲览庶务”，他即位初，便改新亭为中兴亭，以表达自己的中兴之志。
他在位期间，对当时的诸多领域均推行了系列改革举措。
政治方面，他加强中央集权，强化皇权。即位初下诏撤除“录尚书事”职衔，诏令政事不得全部让尚书令、尚书仆射处理，责令尚书省较低级的官员尚书郎、尚书令史勤于政事。
并开始以中书舍人戴法兴、巢尚之、徐爰等人处理中枢机要事务，形成后代所谓“寒人掌机要”的政治局面，而由士族担任的尚书令、尚书仆射只剩下在公文上签名的权力。
同时又分设两位吏部尚书，取消五兵尚书，将人才官员的铨选大权彻底收归皇帝手中。孝武帝的集权化统治也被史书称为“主威独运，官置百司，权不外假”。
孝武帝同时重用江东寒门沈庆之与伧荒北人柳元景，依照两人的功绩，先后提拔为三公。
开启吴兴沈氏与河东柳氏攀升为南朝高门的起始之路，并开创南朝寒门、寒人以军功升为三公的先例。
此外，孝武帝还提拔孤寒衰微的寒士袁粲；拔擢寒门出身的颜师伯、颜竣、刘秀之等成为高官重臣。
起用鲍照、宗越、吴喜、刘胡、武念、卜天生等寒门人士，破格提拔和重用备受建康士族歧视的晚渡北人薛安都、崔道固、垣护之、柳元怙等，江南土著寒士邓琬、沈文秀等。
孝武帝还通过改置州镇的办法削弱地方势力，他即位初，将扬州分为扬州及东扬州二州；将东晋以来废置不常的湘州（治今湖南长沙市）最后稳定地设立起来。
分统原荆州所统长沙等八郡；后又分荆州、湘州、江州、豫州共八郡置郢州（治今湖北武汉市），横跨数州之间。
东晋以来，雍州侨置于荆州之内，无实际统治区域，宋文帝曾分荆州襄阳等五郡归雍州统辖，治襄阳（今湖北襄樊市），孝武帝又进一步分荆州郡县充实雍州无实土的侨郡县。
使雍州重镇形成，并废除荆州重兵来源的南蛮校尉，将其营户兵力一律迁至建康，有效地削弱了荆州，瓦解其“分陕”地位。
荆州因此再也不能发挥其昔日威胁建康朝政的影响。自东晋偏安江左以来的百余年间数次威胁中央的荆、扬二州。
经孝武帝的政区改革形成了荆、雍、郢、扬、东扬五州相互牵制的格局，东晋以来的荆、扬对立威胁京城建康的局面自此彻底终结。
同时，孝武帝创立典签制，加强对出镇宗室和地方的控制。孝武帝委任有真才实学的寒门士人担任州镇典签，负责传递州镇各项要务上报给中央审核，同时负责监督、传达中央命令和辅助地方州镇长官处理事务，并拥有随时将情况直接报告朝廷的权力，州镇起兵反抗朝廷的可能性大大削弱。从此，寒人掌机要、武夫掌兵权、典签控州镇成为南朝政治的惯例。
在行政区划上，孝武帝在改置州镇的同时，还设立了王畿制度。孝武帝一共分出扬州六郡和南徐州的南琅邪郡共七郡设置王畿。并将王畿作为中央派机构直接负责管辖的区域，高于畿外诸州的地位。[72-73]孝武帝同时实行王畿制度与分割监察地方州镇的政策，试图在制度与实际两个层面完成建立以一个中央王畿为核心控御四方的国家形态。
在整顿吏治方面，孝武帝创立御史中丞专道制度，提高御史监察的地位，加强对吏治的整顿。此制被后来齐梁陈所继承并被北朝所借鉴。
孝武帝也对除边镇以外的地方兵权进行限制，大明七年，孝武帝诏曰“自今刺史守宰，动民兴军，皆须手诏施行。唯边隅外警，及奸衅内发，变起仓卒者，不从此例”。同时，革除地方封君下属对封君称臣之制，进一步削弱地方封君的权力。
经济上，孝武帝即位后，多次下诏劝课农桑、抑制兼并、赈济穷困、减免赋租、兴修水利、精简机构。
开禁江海田塘、限制士族封山占水、禁止皇亲显贵经商逐利，恢复皇帝亲自耕田的仪式。
并于孝建元年，改铸钱币，是为“孝建四株”。
同时，孝建元年（454年），孝武帝正式诏令开始课征南徐州的侨民租，宣告自刘宋开国以来，也即晋末“义熙土断”以来。
京口北府系统所在的南徐州的二十二万户的侨户免租和不土断划籍的特权被正式取消。
南徐州正式列入了刘宋朝廷的土断和清查户籍的范围之列，这不仅增加了国家编户，也沉重打击了京口一带的功勋高门和豪强大族。
孝武帝又于当年，开始强力推行检籍政策，把与商人等通婚、私下经商的士族，一律开除士族资格并黜为将吏。
对那些被开除士籍，却不肯服役逃亡对抗朝廷法令的人员，甚至改用军法处置，抓到就斩杀，开南朝检籍政策之先声。
大明年间，孝武帝又撤并雍州各侨州郡县，罢免雍州侨户，将雍州南渡流民和土地结合起来，以统一侨户和土著的户籍。
于大明元年（457年），完成了并省雍州所属三郡十六县为一郡，此外，又再省其余侨置十三县。
对其他侨郡县，则分实土郡县以为侨郡县境，进行属籍，至大明五年（461年）完成了雍州的土断属籍，“又令九品以上租，使贫富相通”，至此刘宋基本完成了境内侨州郡县的土断。
魏晋以来，兵户和奴婢沦为一种为人所不耻的贱户。孝武帝于大明二年（458年），下诏军户免除军籍成为平民。
大明三年（459年），又下诏，对正在服无期徒刑、官吏奴婢中的老弱病残者全都恢复自由。
孝武帝同时免军户立郡县，如令雍州“免军户为永兴、安宁二县，立建昌郡”，使其正式纳入国家的编户齐民。
此外，孝武帝还设立了台传机构，加强中央财政，开南朝台传机构和台传御史监察地方财政之先河。
刑律上，孝武帝十分关心刑律审讯和整顿，多次亲自听讼，亲自督察案件审理，是南北朝为数不多的热衷于刑律整顿和法制改革的帝王。
如规定对凡是判处死刑的案件，郡太守必须亲自参加审讯，同时规定“若两千石不能决，乃度廷尉。神州统外，移之刺史，刺史有疑，亦归台狱。必令死者不怨，生者无恨”。
又于大明七年四月诏令“自非临军战陈，一不得专杀。其罪甚重辟者，皆如旧先上须报，有司严加昕察。犯者以杀人罪论。”
这两条诏令的颁布在当时是有十分重要的进步意义的，因为它首次以皇帝的诏令，正式确立了最早的死刑复核制度。
在禁卫武官制度上，孝武帝“初置殿门及上閤屯兵”，创立直阁将军制度。又复置了魏晋以来不设的卫尉武官制度。
同时还复置了五官中郎将、左右中郎将、武卫将军、武骑常侍，大大强化中央禁卫军权，被南朝各代所延续。
在军制上，孝武帝始以制局监掌控军权。
这从制度上，正式开启南朝寒门武人秉承皇帝旨令，掌控禁卫军权，专典兵力之先河，进一步加强了皇权对军队的直接控制。
佛教政策方面，他一方面支持和弘扬佛教，礼敬高僧。
另一方面又整肃沙门，改革僧官制度，利用僧官管理僧众，实现了朝廷对佛教徒的控制，以防范僧尼干预军政事务，沙汰无品行的僧尼，整顿佛教不正之风。
礼乐制度方面，孝武帝即位初，便下诏建造孔庙，用诸侯之礼祭祀。同时“立明堂，造五辂”，派使臣前往山岳祭祀。
在乐制上，孝武帝制定了新的与汉、曹魏、西晋时的不同宗庙的乐制，即把宗庙和郊祀混为一同的宗庙乐制。
其后宗庙的乐制在郊祀和明堂也被使用，这些仪礼具有以前所没有的紧密关系。
孝建三年（456年），孝武帝因为历城（今济南）是军事要地，打算将青州州治由原先的东阳城移并到第一线的历城与冀州并镇以巩固边防。
当时，朝中不少大臣都持反对意见，认为州治所在不宜移到第一线。
这时，长期镇守青州的宁朔将军，青、冀二州刺史垣护之站出来说道：“青州北面有黄河、济河，又有很多池沼，不是北魏所要进攻的地方。
每次北魏来掳掠，一定要通过历城，将青冀二州的州治所在合并镇守在历城，这是治理边境的谋略啊！
如果我们把青州移镇到历城与冀州并置，那么北面靠近黄河，便于北人前来归顺，对近处，一旦北魏扰边，又便于集中二州兵力迅速遏制北魏侵扰，止息民患。
对远方还可以宣扬我朝王威，因此青州迁镇历城是安定边境的上计。”孝武帝听后，极为赞赏认同。
遂力排众议，下诏将青州州治由远离前线的东阳移并到第一线的历城与冀州并镇。