Джефферсон немедленно поручил послу США во Франции Роберту Р. Ливингстону начать переговоры о покупке Нового Орлеана и направил в Париж Джеймса Монро в качестве чрезвычайного посланника, уполномочив его предложить 2 миллиона долларов за Новый Орлеан и Западную Флориду. Тем временем Наполеон оставил свой план возрождения французской колониальной империи в Новом Свете, после того как его войска, пытаясь подавить восстание рабов под командованием Туссен-Лувертюра на Гаити, потерпели сокрушительное поражение. Нуждаясь в деньгах для продолжения военных действий против Великобритании, он решил продать обширную территорию Луизианы. 11 апреля 1803 г. министр иностранных дел Франции Талейран спросил Ливингстона, сколько Соединенные Штаты готовы заплатить за этот огромный участок территории. После длительных переговоров они наконец сошлись на 60 миллионах франков (около 15 миллионов долларов), и 30 апреля договор был подписан. Из этой суммы французы получали 11,25 миллиона долларов в 6-процентных ценных бумагах, не подлежащих выкупу в течение 15 лет. Соединенные Штаты удержали 3,75 миллиона долларов для оплаты претензий своих граждан к Франции.
Эта невероятно выгодная сделка в два раза увеличила территорию страны, но ее конституционность была немедленно оспорена федералистами, утверждавшими, что конституция не содержит положений, позволяющих такое присоединение. Кроме того, конгресс не имел полномочий для включения этой обширной территории и ее населения в Союз без одобрения нескольких штатов. Президент действовал незаконно, утверждали они. Впрочем, Джефферсон и сам сомневался в законности своих действий, но это его не остановило. «Конституция, – говорил он сенатору Джону Брекинриджу, – не содержит положений об удержании иностранной территории, а тем более о включении иностранных государств в наш Союз». Зато президент был уверен, что это приобретение имеет большое значение для будущей безопасности страны. 20 октября 24 голосами против 7 сенат ратифицировал этот договор, причем все федералисты кроме одного проголосовали против. Палата представителей после долгих и бурных дебатов распорядилась передать французам ценные бумаги и поручила президенту взять Луизиану под свой контроль. 30 декабря 1803 г. над Новым Орлеаном был поднят флаг США.
Вскоре после приобретения Луизианы Джефферсон попросил конгресс выделить 2500 долларов на экспедицию для исследования Миссури до ее истоков. Когда Меривезер Льюис и Уильям Кларк начали свое знаменитое путешествие на запад, Луизиана уже была приобретена, и они предприняли исследование значительно расширившейся страны, пройдя на запад до устья реки Колумбия и укрепив притязания Соединенных Штатов на Орегонскую страну. Экспедиция Льюиса и Кларка (1803–1806) не только имела большое научное значение, но и способствовала переселению на новые просторы Запада. Джефферсон продолжил расширение полномочий исполнительной власти, потребовав изменений в судебной системе. Законом о судоустройстве (1802) был восстановлен Верховный суд из шести судей и создано шесть новых окружных судов. Кроме того, Джефферсон стремился уволить тех судей, которые регулярно принимали решения по политическим мотивам. Возможно, самым известным подобным эпизодом стало возбуждение процедуры импичмента против верховного судьи Сэмюэла Чейза. Особенно возмутило Джефферсона решение председателя Верховного суда Джона Маршалла по делу «Марбери против Мэдисона». Марбери, один из «полуночных» назначенцев, не получил полномочий выступать в качестве мирового судьи и подал иск в Верховный суд, требуя обязать государственного секретаря Джеймса Мэдисона выпустить патент, подтверждающий его назначение. 24 февраля 1803 г. Маршалл отклонил иск Марбери на том основании, что тот обосновал свое заявление ссылкой на раздел 13 Закона о судоустройстве (1789), являвшийся неконституционным. В решении по этому делу суд впервые в истории США признал парламентский закон не соответствующим конституции, тем самым создав прецедент судебного ограничения, то есть права Верховного суда объявлять действия президента, конгресса и любого государственного ведомства недействительными или неконституционными. Хотя судебное ограничение не применялось следующие полвека, оно позволило возвысить судебную власть, уравняв ее с другими ветвями власти.