此时的汉昭帝年仅十四岁，却展现出了超乎年龄的睿智与冷静。他仔细阅读了上书内容，发现其中漏洞百出——霍光调动军队的时间与燕王上书的时间相隔极短，燕王远在封地，不可能如此迅速地得知消息。汉昭帝当即判断这份上书是伪造的，对诬陷内容不予理睬。第二天上朝时，汉昭帝见到霍光，还主动安抚他说：“将军是忠臣，先帝托付你辅佐朕，这些诬陷你的话都是假的，朕不会相信。”随后，汉昭帝下令追查上书人的来历，试图揪出幕后主使。为了彻底杜绝此类诬陷，汉昭帝还公开下令：“今后若有人再上书毁谤霍将军，必追究其刑事责任，绝不姑息。”

上官桀等人见通过汉昭帝扳倒霍光的计划失败，便决定铤而走险，发动武装政变。他们的计划是：由盖长公主设宴邀请霍光，在宴席上埋伏刀斧手将其杀死；随后废除汉昭帝，迎立燕王刘旦为帝。然而，就在政变计划即将实施之际，消息意外泄漏。霍光得知后，立即采取行动，调动军队控制了京城局势，将上官桀父子、桑弘羊等人逮捕。最终，上官桀父子和桑弘羊被判处族刑，其家族成员悉数被处死；盖长公主和燕王刘旦得知政变失败后，为避免被捕受辱，先后自杀身亡。这场惊心动魄的政变以霍光的彻底胜利告终，此后，霍光成为汉朝朝政实际上的决策者，权势达到了顶峰。

在汉昭帝统治的十余年间，霍光始终得到汉昭帝的全面信任。汉昭帝深知自己年幼，朝政离不开霍光的辅佐，对霍光提出的政策几乎言听计从。霍光也没有辜负这份信任，他继续推行休养生息政策，多次下令大赦天下，释放因轻微犯罪入狱的百姓，鼓励农民开垦荒地、发展农业生产。在他的治理下，汉朝的国力得到了显著恢复，粮食产量大幅提升，国库逐渐充盈，社会矛盾也得到了有效缓解。在对外关系上，霍光改变了汉武帝时期对匈奴的强硬政策，转而采取缓和措施，恢复了与匈奴的和亲政策，减少了边境冲突，为汉朝赢得了稳定的外部环境。

这段由霍光辅佐汉昭帝治理国家的时期，与后来汉宣帝统治的时期一起，被历史学家合称为“昭宣中兴”。史家普遍认为，西汉王朝在汉文帝、汉景帝时期形成的“文景之治”，为汉朝积累了雄厚的国力，但经过汉武帝数十年的对外征战和对内改革，国力被大量消耗，甚至出现了衰退的迹象。而“昭宣中兴”时期，尤其是霍光辅政的汉昭帝时期，通过一系列休养生息的政策，成功扭转了国力衰退的趋势，让汉朝重新焕发生机，为后续的稳定发展奠定了坚实基础。

然而，平静的局面并未一直持续。元平元年夏四月癸未日，即公元前74年6月5日，汉昭帝刘弗陵突然驾崩，年仅二十一岁。汉昭帝生前没有留下子嗣，这让汉朝的皇位继承再次陷入危机。在紧急召开的朝臣会议上，霍光提出迎立汉武帝的孙子、昌邑王刘贺为帝。刘贺是汉武帝之子昌邑哀王刘髆的儿子，按照宗法制，具备继承皇位的资格。朝臣们经过商议，一致同意了霍光的提议，随后便派人前往昌邑国，将刘贺迎入长安即位。

然而，刘贺即位后，却暴露了荒淫无道的本性。他在位仅二十七天，便做出了大量违背礼制、扰乱朝政的事情，如将昌邑国的亲信带入宫中担任要职、沉迷酒色、不理朝政等。霍光见刘贺实在无法胜任皇帝之位，为了汉朝的江山社稷，决定废除刘贺。他召集朝臣商议，最终得到了上官太后（即此前的上官皇后，此时已成为太后）的支持。霍光以“荒淫无道，失帝王礼宜，乱汉制度”为由，报请上官太后废除了刘贺的皇位，将其遣返回昌邑国。

废除刘贺后，皇位再次空缺。霍光与朝臣们经过反复筛选，最终将目光投向了汉武帝的曾孙刘病已。刘病已是卫太子刘据的孙子，“巫蛊之祸”中，刘据全家被杀，尚在襁褓中的刘病已被侥幸救出，此后一直在民间长大，深知百姓疾苦。霍光认为刘病已品德端正、聪慧过人，且具有正统的皇室血脉，是继承皇位的最佳人选。于是，霍光派人前往民间，将刘病已迎入宫中，拥立他为帝，这就是汉宣帝。霍光此次行废立天子之事，效仿了殷商时期伊尹废除太甲、辅佐其改过自新的典故，因此后人将霍光与伊尹并称为“伊霍”，以此赞扬他为维护王朝稳定所做出的贡献。