Đàn Xã Tắc không chỉ là một trong những di tích lịch sử được khách du lịch tìm đến tham quan, mà nơi đây còn có một hoạt động văn hóa lễ hội vô cùng độc đáo đó chính là “lễ tế Xã Tắc”. Do ý nghĩa và tính chất đặc biệt quan trọng của công trình, khi khởi công, tất cả các thành, dinh, trấn trong toàn quốc theo lệnh vua phải đóng góp đất sạch để đắp đàn. Bởi vậy, Đàn Xã Tắc tượng trưng cho đất đai của Tổ quốc. Lễ tế Đàn Xã Tắc được tổ chức mỗi năm hai lần vào mùa xuân và mùa thu, xếp vào hàng Đại tự, chỉ đứng sau lễ tế Nam Giao. Hầu như tất cả các vị vua Nguyễn đều đã từng chủ trì lễ tế quan trọng này. Lễ tế được chuẩn bị đầy đủ trước ngày tế 1 ngày. Vào sáng sớm của ngày tế Xã Tắc, cờ ở Kỳ Đài kéo lên, các vị trí chuẩn bị bày sẵn, vua xuất phát từ điện Cần Chánh ra cửa Đại Cung Môn. Bảy phát súng lệnh ở Kỳ Đài nổ vang. Đoàn Ngự giá ra cửa Ngọ Môn rẽ hướng tây, rồi qua hướng bắc, đến đàn tế. Lễ tế bao gồm các nghi tiết sau: Lễ Quán tẩy (Lễ rửa tay tẩy trần), Lễ Thượng hương (Lễ dâng hương), Lễ Nghinh thần (Lễ rước thần đến tham dự), Lễ Điện ngọc bạch (Lễ dâng ngọc trắng), Lễ Truyền chúc (Lễ đọc chúc văn), Lễ Hiến tước (Lễ dâng rượu), Lễ Tứ phúc tộ (Lễ hưởng lộc), Triệt soạn (Lễ hạ cỗ), Tống thần (Lễ đưa tiễn thần), Tư chúc bạch soạn (Lễ đốt chúc văn, ngọc lụa, bài vị). Để chuẩn bị cho lễ tế Xã Tắc, Bộ Lễ phải lo sửa sang, bày biện đầy đủ lễ vật, đồ thờ và hương án. Hôm chính lễ, hai bên đường từ cửa Ngọ Môn có quân lính và cờ quạt đứng uy nghiêm, đèn đuốc chong thâu đêm suốt sáng. Trên hương án ở đàn tế, ngoài các thứ nghi trượng và đồ thờ cúng thường thấy còn có thêm lễ tam sinh gồm ba con vật: trâu, dê, lợn. Đặc biệt, có đến một đội quan hơn 700 người tham gia rước lễ với đầy đủ các nghi vệ, quan văn võ, binh lính, đội nghi trượng, đội nhã nhạc, vũ công Bát dật, voi, ngựa, chuông trống, võng lọng, cờ quạt… khởi hành đoàn ngự đạo đến đàn Xã Tắc. Sau đó đoàn Ngự đạo tiến hành cử lễ trong không khí trang nghiêm và linh thiêng.