Obawiano się wówczas, że Francja może także uniemożliwić transport wodny rzeką Missisipi. Po trzech miesiącach – 30 kwietnia 1803 roku Stany Zjednoczone zakupiły Luizjanę od Francji za kwotę 15 milionów dolarów. Pomimo że prezydentowi bardzo zależało na tej transakcji, uważał ją za niekonstytucyjną i chciał wprowadzenia w przyszłości odpowiedniej poprawki do konstytucji. Kupno zatwierdził także Senat, 20 października 1803 roku. Takie działanie skłoniło Jeffersona do kontynuowania ekspansji – rozpoczął nowe negocjacje z Hiszpanią i Francją, związane z kupnem Zachodniej Florydy. Pomimo użycia różnych form dyplomacji: negocjacji, kupna i gróźb, do końca swojej drugiej kadencji nie udało mu się zrealizować tego celu. Ponieważ tereny leżące w zachodniej części ówczesnych Stanów Zjednoczonych (zwłaszcza nowo zakupiona Luizjana) były słabo zbadane, w maju 1804 roku Jefferson wysłał ekspedycję Lewisa i Clarka, która miała zbadać tamtejsze obszary. Misja trwała 3 lata, a jej wykonawcy dotarli aż do terenów Oregonu.
W czasie swojej pierwszej kadencji Jefferson zakupił także Ohio (1 marca 1803) oraz utworzył Akademię Wojskową w West Point (4 lipca 1802).
W wyborach prezydenckich w 1804 – już na nowych zasadach – otrzymał aż 162 głosy elektorskie, przy 14 głosach dla Charlesa Pinckneya. Na wiceprezydenta został wybrany George Clinton, który pokonał Rufusa Kinga.