叛乱平息了，波斯帝国稳定了，但如何统治这样一个民族多、疆域广的帝国，如何使各行省不再有反叛之心，如何令帝国各地经济趋于平衡，如何改组原来由波斯贵族掌控的统治机构，如何组建一支能适应新形势下作战的强大军队，这一切都迫在眉睫。因此，自公元前518年起，大流士先后推出各项改革政策。
大流士早就发现帝国制度不统一的问题，因之而造成的各部落独立以及觊觎帝国王位的情形也已经发生。所以改革之初，他强势取消帝国内部尚存的部落制度，在全国范围内建立20多个行省。行省高官为总督、将军和收税官，三人通常由大流士从波斯贵族中任命，分管行政、军事和征收赋税，三权分立，互相牵制，彼此监督，各自直接向皇帝汇报工作。当然，大流士在大力加强中央专制集权时，并没有忘记争取各地民心。在各行省中，当地贵族也可以在行省中担当要职，而且，在大权集中归属中央的原则下，地方上也可以采取一定程度上的自治政策。这些，都顺应了各地发展的实际情形及风土人情，收获了民心。但大流士并没有忘记两年来的帝国动乱情形，为根除地方腐败势力，他给三位行省高官各派一名副手追随左右，名为辅佐工作，实为国王的密探。行省高官的一言一行，尽在大流士的掌控之中。如此加固地方统治之后，大流士唯恐不够深入。他不时委任高官代表自己巡视各行省，俨然钦差大臣出巡。钦差所到之地，一旦发现作奸犯科者，必严惩不怠，最严厉的便是生生剥下犯官人皮，铺陈在其坐椅上，令继任者如坐针毡，再不敢动犯上之念。如此铁腕施政，倘若没有严格的法律提供佐据，恐怕也难孚众望。
《汉谟拉比法典》
《汉谟拉比法典》是古代第一部保存下来的成文法典。石碑上方刻的是站立的汉谟拉比在接受太阳神沙玛什的授权，体现了王权神授的思想。他们的脚下是用楔形文字刻着的282个判决法案，共8000余字，是研究人类古代文明以及古巴比伦社会制度和经济制度的重要史料。
大流士参照《汉谟拉比法典》，颁布了一套新的法典，直到后来的塞琉古王国时期仍在使用。同时，大流士还在中央设立最高法院，于各地方行省设置地方法院，融入“国王的意旨即为法律”的观念，从中央到地方罩上一张严酷的大网。不过，大流士仍允许各自治行省传统法律发挥作用，比如，巴比伦行省仍沿用《汉谟拉比法典》，埃及法律也变更不大，而犹太地区则继续保留了《摩西五经》。
仅施严政还不够，大流士开始磨砺他的军事利器。为了将军队牢牢控制在国王手中，大流士亲任国家军队的最高统帅，并且从军队中的波斯人中精挑细选出1万步兵、1000骑兵和1000标枪手，组成一支专门保护国王及王室成员的近卫军。这支近卫军始终为1.2万名士兵，若有人员伤亡则立即补足，于是近卫军亦得名“不死队”。大流士以下的军事高官便是军区长官。大流士在全国范围内设立5个军区，5个军区长官向上直属国王管辖，向下则各自统辖几个行省的将军。大流士还刻意突出波斯贵族对于军队的领导地位，全军上下，只要是关键军团，大多由波斯人组成。至于军队调动，国王之外无一人有此特权。大流士还亲自确定各行省驻军的数量及各兵种的规模；同样，他还规定帝国各行省的兵役数额，逢战争而招募军队时，则以此数额为准。军队改革之后，波斯帝国陆军以装备精良、步兵和骑兵配合作战的创新战法而令敌军闻风丧胆。陆军之外，大流士还建起一支拥有600艘至1000艘战船的海上舰队，对希腊在地中海的海上霸权构成巨大威胁。为了展示国王对军队的绝对统治，大流士规定每年都要检阅军队，除边远地区驻军由国王的钦差大臣代为检阅外，其余驻军则均由国王亲自检阅。有了庞大而强有力的军队支撑，大流士在后来的拓疆战役中再无后顾之忧。
在确保了国王对整个波斯帝国的绝对统治之后，大流士开始调整税收制度，他亲自制定出各行省的缴税标准。除必须缴纳一定数量的金银外，各行省还依据其资源特点而向帝国输入一定数量的实物贡赋。
大量的金银和物资源源不断地流入国库，大流士喜不自胜。他从巴比伦、埃及和腓尼基等地调来众多能工巧匠，建造华丽的宫殿。很快，帝国境内的苏萨、艾克巴塔纳、巴比伦和波斯波利斯四大首都，宫殿林立，雄伟壮观，一年四季常可看到大流士的銮驾轮流驻跸。而与这些宫殿相得益彰的，便是从各地送来的仅供皇帝食用的珍馐佳肴，以及大流士那新颁布的一套宫廷规矩。每每皇帝上朝，群臣跪于阶外，隔着那层帷幔依稀看到他们的帝王身着绛红色长袍、头戴金皇冠、腰系金丝带、手握黄金权杖，端坐于金台上，其身后侍从高举华盖、羽扇；威严之至，令群臣不敢走近，虽有帷幔遮挡，仍唯恐粗鄙呼吸冲撞了眼前圣主。
波斯帝国的征税权通常包租给富商们。这些征税人往往一次性向国库上缴足够税额，然后串通地方官吏，巧立多项征税名目，如此获得的金钱物资比国王规定数额高出多倍。这样一来，波斯省以外的黎民百姓苦不堪言，经常因不能按时按量交纳捐税而抵押土地，甚至卖儿卖女，一时间，百姓与奴隶地位不相上下。不仅这些，百姓们还要承受国家规定的各种劳役，比如修建宫殿、驿道等。在这种重压之下，虽然帝国中央财政收入增加，但帝国内部的阶级矛盾却日益严重。
当大流士不断在四个首都号令天下时，他深为自己拥有地大物博的帝国而自豪；但他更愿意把帝国各地的距离拉近，以利于更迅捷地传达圣谕和调动军队。于是，他命令广修驿道。修建好的驿道，因其长短不一，沿途设置数量不同的驿站，驿站内有旅馆，信差随时待命，以接应传达政令的上游信差。如此站站传承，直至政令下达到目的地。驿道沿途还有军队把守，以保证交通安全。在所有驿道中，有两条颇值一提，一条西起巴比伦城，向东穿过伊朗高原，通过巴克特里亚抵达印度河流域；而另一条则是所有驿道中最长也是最著名的一条，有“御道”美誉，它东起首都苏萨，西至爱琴海东岸，全长2400千米，途中每隔20千米即有一驿站。每逢大流士在苏萨下达命令，信差便策马疾驰，继而站站相承，日夜兼程，到达爱琴海东岸时刚好七日。当然，奔驰在这条道路上的信差，并不只传送帝王的政令和文件，他们还不时为大流士运送故乡的水以及爱琴海的鲜鱼。难怪那些希腊人不无艳羡地说：“瞧啊，波斯国王远在巴比伦，却能吃上爱琴海刚捞上来的鲜鱼。”三百多年以后，当中国西汉的张骞出使西域时，这条“皇道”便成为了丝绸之路的东段部分。
有了这些驿道，波斯帝国境内各行省间往来便利，全国性的商业贸易繁荣发展。陆路交通发展起来了，大流士把眼光又放在了开发水路交通上。
公元前518年，大流士命令开凿从尼罗河到红海之间的运河，大大带动了埃及和西亚之间的商贸往来。
公元前516年，大流士派遣希腊人斯吉拉刻斯自印度河南下，探索印度河口到埃及的海上航线。船队自印度河进入印度洋，然后向西过波斯湾，绕过阿拉伯半岛，最终到达埃及的苏伊士港。这次航行开拓了波斯和印度之间的海上贸易，据说，波斯的水稻和孔雀即是此时自印度传入的。
两条水道的开通，使大流士成为第一个沟通印度洋和大西洋的帝王。但随着全国各地贸易往来的频繁发展，大流士看到帝国内流通着各种地方货币，度量衡也不统一，这无疑是行省间的贸易往来和经济沟通的一大瓶颈。于是，大流士下令统一货币和度量衡。他统一铸造三类货币：金币、银币和铜币。经过货币改革，帝国财政牢牢控制在了国王手里。
除以上改革措施外，大流士还利用宗教来巩固帝国统治。他将琐罗亚斯德教即拜火教定为国教，因为大流士声称自己是接受该教最高神阿胡拉·玛兹达的意旨做诸王之王的；而且阿胡拉·玛兹达代表着善良和光明，他始终与代表着黑暗与丑恶的恶神阿利曼作斗争并且总是获胜。所以，大流士借该教号召人们听从阿胡拉·玛兹达的教诲，全心向善，真心顺从他这个神选出的人间代表。尽管定了国教，大流士却没有禁止地方宗教的存在，也没有迫害异教徒。
经过一系列大刀阔斧的改革，波斯帝国进入稳定发展的阶段，而随着国力增强，大流士开始把目光转向对外扩张上。
