后元二年（公元前87年）春二月，汉武帝病重，霍光流着泪问道：“如果陛下不幸离世，谁应当继承皇位呢？”汉武帝说：“你还不明白我之前送你那幅画的意思吗？立小儿子，你要像周公那样辅佐他。”霍光叩头辞让说：“我比不上金日磾（mì dī）。”金日磾也说：“我是外国人，比不上霍光。况且如果让我辅佐，会让匈奴轻视汉朝。”乙丑日，汉武帝下诏立弗陵为皇太子，当时弗陵年仅八岁。丙寅日，汉武帝任命霍光为大司马大将军，金日磾为车骑将军，太仆上官桀为左将军，他们接受遗诏辅佐年幼的君主；又任命搜粟都尉桑弘羊为御史大夫，这些人都在汉武帝的病床前叩拜受命。丁卯日，汉武帝在五柞宫驾崩。戊辰日，太子弗陵即皇帝位，他的姐姐鄂邑公主入宫照顾他，霍光、金日磾、上官桀共同掌管尚书事务。霍光辅佐幼主，掌握朝政大权，天下人都想一睹他的风采。有一夜，宫殿中出现怪异现象，大臣们都惊恐不安，霍光召见尚符玺郎，想要收回玉玺，尚符玺郎却不肯把玉玺交给他，还手按剑柄说：“可以拿走我的头，但玉玺不能给你！”霍光认为他很有气节。第二天，汉武帝下诏给这位郎官提升两级俸禄，众人都夸赞霍光。
昭帝始元二年（公元前85年）春正月，汉武帝封大将军霍光为博陆侯。有人劝霍光说：“将军难道没看到吕氏的事情吗？吕氏处在伊尹、周公那样的高位，却独揽大权，疏远宗室，不与他们共同执政，因此天下人都不信任他们，最终走向灭亡。如今将军身处高位，皇帝年纪还小，您应该接纳宗室成员，多与大臣们共同处理政事，与吕氏的做法相反，这样才能避免灾祸。”霍光觉得很有道理。
元凤元年（公元前80年）冬十月，大将军霍光因为朝中没有旧臣，而光禄勋张安世从先帝时就担任尚书令，志向品行纯正笃厚，于是奏请任用张安世为右将军兼光禄勋，作为自己的副手。张安世是原御史大夫张汤的儿子。霍光又认为杜延年忠诚有气节，提拔他为太仆、右曹、给事中。
元凤三年（公元前78年）春正月，泰山上有块大石头自己立了起来，上林苑中一棵已经枯死倒地的柳树又重新复活。有虫子啃食树叶，形成了“公孙病已立”的字样。符节令鲁国人眭（suī）弘上书说：“大石头自己立起来，枯柳树复活，这预示着会有平民成为天子。枯树重生，意味着被废黜的家族——公孙氏应当复兴。汉朝承接尧的气运，有传国的运势，应当寻求贤能的人，将帝位禅让给他，自己退而封到百里之地，以顺应天命。”眭弘因制造妖言惑众的罪名被处死。
元平元年（公元前74年）夏四月癸未日，汉昭帝在未央宫驾崩，没有子嗣。当时，汉武帝的儿子中只有广陵王刘胥还在世，大将军霍光与群臣商议立谁为新君，大家都主张立广陵王。但广陵王刘胥因行为不端，汉武帝生前就不喜欢他，所以霍光内心很不安。这时，有一位郎官上书说：“周太王废掉太伯，立王季；周文王舍弃伯邑考，立武王。可见，选立继承人只要合适就行，即使废长立少也是可以的。广陵王不适合继承宗庙大统。”这番话很符合霍光的心意，霍光就把这封上书拿给丞相杨敞等人看，并提拔这位郎官为九江太守。当天，霍光秉承皇后的诏令，派代理大鸿胪事务的少府乐成、宗正刘德、光禄大夫丙吉、中郎将利汉，前往迎接昌邑王刘贺。刘贺乘坐七辆驿站的马车，前往长安的府邸。霍光又禀告皇后，将右将军张安世调任为车骑将军。
