汉武帝在位期间，通过推恩令、征伐战争等方式，对诸侯国进行了大规模的调整和合并。根据历史记载，他晚年仍然存在的诸侯国主要有以下四个：

胶东国

胶东国是汉武帝晚年实际掌权的诸侯国，其疆域包括今山东半岛及辽东地区。该国的建立与刘彻（后来的汉武帝）密切相关：

- 汉景帝前154年分齐为六国，刘彻被封为胶东王，后因太子身份未能就国，国除后其地设为胶东郡和东莱郡。 - 汉武帝晚年，刘彻之孙刘通平继位，直至其去世后国除。

楚国

楚国是汉初分封的异姓诸侯国，汉武帝时期仍存：

- 汉景帝前154年分封刘戊为楚王，后因参与“七国之乱”被杀，国除后其地分属其他诸侯国。 - 汉武帝元朔二年（前127年）改立刘旦为楚王，刘旦在位至元狩六年（前117年）去世，期间楚国仍为实际存在的诸侯国。

燕国

燕国是汉初分封的异姓诸侯国，汉武帝时期延续存在：

- 汉高祖封儿子刘建为燕王，后因异姓诸侯问题被铲除。 - 汉武帝元狩六年（前117年）改立刘旦为燕王，刘旦在位期间燕国仍为诸侯国，直至元狩八年（前111年）被霍光废黜。

济北国

济北国是汉初分封的齐国故地，汉武帝时期仍存：

- 汉文帝分齐为六国，刘兴被封为济北王，后因参与“七国之乱”被除国。 - 汉景帝前154年分齐为六国，刘志被封为济北王，后因“七国之乱”被改封淄川王，其地并入赵国。汉武帝晚年，济北国仍为诸侯国，直至建元六年（前127年）被废除。

补充说明

南越国（福建广东一带）和 闽越国（福建）虽为汉武帝平定叛乱后设置的郡县，但属于郡县制范畴，不属诸侯国。- 其他诸侯国如卫满朝鲜、东瓯国等，存在时间较早，早于汉武帝时期。以上信息综合自《史记》《汉书》及汉武帝统治时期的史料记载。