西班牙对其属地路易斯安纳的统治鞭长莫及，因此于1801年将其交与法国，以便获取其他利益。此事触动了美国人的神经，他们认为自己在美洲拥有特权，卧榻之旁不容他人酣睡。这件事的曝光也引起了杰斐逊对国家安全问题的担忧，他不愿意看到法兰西人对自己的家园虎视眈眈。于是杰斐逊与有关人士探讨夺取新奥尔良问题，他的态度是非常急切的，甚至提出如果法国不与美国合作美国就与英国结盟。他派特使罗伯特·利文斯顿与法国政府谈判此项事宜。拿破仑此时想称霸欧洲，遂放弃了他的 美洲帝国 计划，因此答应出售整个路易斯安纳，价款为一千五百万美元。谈判一经完成，杰斐逊就以最快的速度促使国会批准了购买议案。这一极其廉价的土地买卖仍遭到了许多政客的质疑和责难，还有人指责杰斐逊违背了他一贯主张的从严解释宪法的原则。
1802年，杰斐逊年轻时向朋友之妻求爱的事情被披露，政敌们添枝加叶，大肆炒作。面对人身攻击，杰斐逊采取了保持沉默的策略，他认为，只要尽心尽力地为国民服务，时间会洗刷掉身上的污点。
在购得路易斯安纳之后，杰斐逊命令其秘书梅里韦塞·路易斯和威廉·克拉克对西部土地进行了一次探险远征。探险工作历时两年半，从密苏里河越过大陆分水岭，漂流哥伦比亚，最终到达北美大陆的西海岸。考察中有许多惊人的发现，并取得了大量第一手资料，在政治、经济和科学研究方面的意义不可估量，由此激发了许许多多美国人的探索和冒险精神。
杰斐逊的第一任期国泰民安，疆域扩大，人民生活水平也大大提高，在一定程度上实现了他的政治纲领和抱负。在1804年大选中，虽然反对势力给他泼了性混乱、反对宗教等污水甚至还编造了一个被称为 非洲维纳斯 的女奴是杰斐逊的情妇的花边新闻，但凭借民众的拥戴，他仍以绝对优势得以连任。
在杰斐逊第二任期内，美国政府遇到了一个又一个困难，然而，凭借自己的威望、政治智慧和内阁成员的鼎力相助，他最终克服了一个又一个危机。
就在他竞选连任顺利进行的时候，二女儿玛丽亚生病去世，他十分伤心。不久又发生了前副总统伯尔叛国事件。1800年大选中伯尔虽然为共和党的胜利起了重要作用，但他也是个品质恶劣的政治野心家和阴谋家。当他在政坛上失势后，即开始从事阴谋活动，试图分裂国家，事情败露后被逮捕。伯尔的叛国对杰斐逊是一个沉重打击，但最让他难以忍受的是，一向与他作对的联邦最高法院最终竟宣判伯尔无罪。
杰斐逊在任职之初希望把注意力放在国内建设方面，但实际上，对外事务牵扯了他相当大的精力，特别是在他的第二任期内。
在国际上，英法争端日趋激烈，两国不断侵犯美国的中立权 英国强征美国水手服役，据统计，大约有五千个美国人被强征，而法国则扣压美国的船只。1807年发生的 切萨皮克号 遭袭事件更加剧了公海上的紧张局势，同时也加强了国内主战派的力量。杰斐逊后来回忆时指出： 是这一事件将战争提上了日程。 但此时杰斐逊主要是想用战争危险迫使英国人做出让步。为了维护美国的国家利益，杰斐逊签署了《禁运法》，中断了与国外的贸易联系。杰斐逊实施《禁运法》的另一个目的是想让欧洲人感觉到，美国正在为战争做准备，从而有所让步。这一政策使国家经济蒙受了损失，为许多人所抱怨，并招致反对党的恶意攻击，虽然达到了避免战争的目的，但联邦政府承担了沉重的压力。
1807年3月，杰斐逊签署了禁止奴隶贸易的法令 这是他多年试图完成的一项工作，但此法令未得到全国认真贯彻。
1808年大选时，杰斐逊拒绝了所有让他连任的恳求，向选民力荐他忠实的战友和学生麦迪逊作为他的政治继承人。当获悉麦迪逊在大选中获胜时，他感到由衷的欣慰和如释重负。
