又与李悝等人一道，进行政治、经济、军事改革，尤其在军事改革与实践方面，成就突出。他对士兵考核严格，训练有方，创立了“武卒制”(根据不同士兵的特点编制训练、作战，以提高军队战斗力)；他“将三军，使士卒乐死，敌国不敢谋”(《史记·吴起列传》)，著《吴起兵法》四十八篇(原书失传。后人将断简残篇编成《吴子》六篇，此书虽非原著，却也保存了吴起的光辉军事思想)，和《孙子兵法》、《孙膑兵法》齐名，故“驰说者以孙吴为宗”(《汉书·刑法志》。）吴起思想丰富，兼采儒、兵、法各家。他认为为政之道，应“内修文德，外治武备”(《吴子·图国》)，故在内，做到“治百官，亲万民，实府库”(《史记·吴起列传》)，对外，使秦不敢东向，韩、赵“宾从”(同上)，对魏国的勃兴是有贡献的。
公元前396年，魏文侯卒，魏武侯继位。约在公元前390年(魏武侯六年，楚悼王十二年)左右，吴起受到大臣王错排挤，被迫奔楚。由于吴起在魏国政绩卓著，军功赫赫，所以一到楚国，就受到楚悼王的重用。先任为宛(今河南南阳市)守，防御韩、魏。一年以后，晋升为今尹，主持变法。
吴起在楚国期间，注意调查研究，对楚国国情了解至深，故其变法措施，切中时弊，干净利落。主要内容如下：
(一)“明法审令”(同上)，实行法治。吴起总结了李悝在魏国变法的经验，深知法治的重要性，故他在变法中制定法令，公布于众。为确立法治的权威性，吴起还采取“倚车辕”(《韩非子·内储》。)的办法，即立一车辕，有能够搬动的予以奖赏。为使思想认识和舆论一致，禁止纵横家进行游说，“破横散从(纵)，使驰说之士无所开其口”(《战国策·秦策三》。）这些措施，都有力地贯彻了“明法审令”的精神，在楚国臣民中增强了“废其故而易其常”(《说苑·指武》。必要性的认识，有利于变法的进行。
(二)减爵禄，进而废除贵族世卿世禄制。《淮南子·泰族训》说：“吴起为楚减爵禄之令。”《说苑·指武》说：“(吴起)均楚国之爵，而平其禄，损其有余，而继其不足。”对无功劳的贵族及其后代，实行均其爵、平其禄政策，对立有军功和其他有功人员则授予爵禄，以解决分配不公，提高将士和新兴封建势力的积极性。在此同时，进而废除贵族世卿世禄制，“使封君子孙三世而收爵禄”(《韩非子·和氏》)，即解决“封君太众”的问题，“废公族疏远者以抚养战斗之士”(《史记·吴起列传》。）(三)“卑减大臣之威重”(《史记·蔡泽列传》)，整顿吏治。吴起认为，“大臣太重”与“封君太众”是楚国政治两大弊端，故在废除贵族特权的同时，又削弱大臣威权，“禁明党以励百姓”(同上)，禁止大吏结党营私，奖励百官尽忠守职，不超越所规定的权力。
在此同时，吴起还着手整顿吏治。一是“塞私门之请，一楚国之俗”(《战国策·秦策三》)，杜绝权门请托之风，廓清吏治；二是“使私不害公，谗不蔽忠，言不取苟合，行不取苟容，行义不固毁誉”《战国策·秦策三》。)，要求官吏公私分明，言行端正，不计较个人得失，立志为变法的新兴政权效力。三是“罢无能，废无用，损不急之官”(同上)，裁减冗官，选贤任能，罢除无能无用之辈。显然，这些措施，不仅使吏治得到了整顿，而且对权贵大臣也是一种束缚，有利于削弱权豪的威势。
(四)徙贵族于边境，以实广虚之地。据《吕氏春秋·贵卒》载，吴起对楚悼王说：“荆所有余者地也，所不足者民也。今君王以所不足益所余，臣不得而为也。”楚悼王果断地支持吴起，“于是令贵人往实广虚之地”，一方面在政治、经济上继续剥夺旧贵族的特权，另一方面改变了原来贵族把人口集中在地少人多地区的局面，有助于对荒蛮的边境地区的开发，促进楚国社会经济的发展。
(五)加强军事训练，提高军队战斗力。吴起变法，“要在强兵，破驰说之言从横者”《史记·吴起列传》)，以“争利于天下”(《说苑·指武》。，所以在变法中，“禁游客之民，精耕战之士”(《史记·蔡泽列传》)，即注意耕战并重，亦兵亦农，禁止丁民游手好闲，不务耕作。在此同时，收减百官和封君子孙的俸禄，以保证军队得到给养，加强训练。
(六)改“两版垣”为四版筑城法(《吕氏春秋·义赏》)，提高了筑城工程的质量，加强了郢都的建设。
吴起变法是在楚悼王的直接支持下进行的，而楚悼王是在其父楚声王被“盗”杀后，由楚国“国人”所立，故其政权已具有新兴的封建性质。吴起来自魏国，其变法措施也如同魏国李悝变法，因而吴起变法，实际上是在新兴政权主持下的一次具有封建性质的改革。正因此，所以变法雷厉风行，立竿见影，取得了显著的成效。