始元四年（前83年），鄂邑长公主为年仅十二岁的刘弗陵挑选皇后。她选取周阳氏的女子进宫，许配给刘弗陵。当时上官安想要将自己六岁的女儿送入宫中作为刘弗陵的皇后，霍光以外孙女年纪幼小拒绝。上官安便通过鄂邑长公主的情夫丁外人来游说长公主，这年三月，他的女儿上官氏顺利被刘弗陵封为皇后。刘弗陵趁着立后大赦天下，辞讼在汉武帝后元二年（前87年）以前的，都自行撤销。六月，皇后去祭祀高祖庙，刘弗陵分别赏赐长公主、丞相、将军、列侯、以及宗室等钱币。他还将三辅富户迁到云陵（今陕西淳化县），赏给他们每户十万钱。没多久，刘弗陵又下诏称年成不好，停止让百姓提供马匹，各地官府所需供给的马匹也酌情减少。女儿当上皇后，上官安因此受益，被封为桑乐侯，升骠骑将军。为回报鄂邑长公主举荐上官氏的恩情，上官桀父子想方设法要将丁外人封为列侯（汉朝旧例，非列侯不可娶公主为妻），好让他迎娶鄂邑长公主。而霍光秉公办事，不同意封丁外人为列侯，他们另想办法封丁外人为光禄大夫，让其进宫拜见刘弗陵，又被霍光拒绝，鄂邑长公主因此对霍光心怀怨恨。
后上官桀妻子的父亲宠爱的一个名充国的人犯下死罪，是鄂邑长公主替充国交纳二十匹马以赎罪，才免去他的死罪。上官桀父子为此感激公主，怨恨霍光。再加上有了宫中皇后的关系，上官家父子不愿意霍光独揽朝政，开始与他争夺权利。
燕王刘旦因为没有继承帝位，心怀怨恨，恰巧御史大夫桑弘羊居功自傲，想为自己的子弟谋官被霍光拒绝，也对霍光怀有不满。最终上官桀父子联合鄂邑长公主、桑弘羊以及刘旦共同谋划，打算杀掉霍光。刘旦派十多人送来大量的金银珠宝，贿赂鄂邑长公主等人，借此获取他们的支持。他们派人趁霍光休沐时，假借燕王的名义向刘弗陵上疏，揭露霍光的“阴谋”，称霍光专权放肆，出行的仪仗宛如帝王，恐有不良企图。上官桀等人想要让刘弗陵直接从宫中发下奏书，然后由桑弘羊联合朝臣共同胁迫霍光退位。然而，刘弗陵收到奏书却没有下颁。
第二天早上，霍光听闻此事，停留在殿前的画室中，没有进去拜见刘弗陵。刘弗陵询问霍光何在，上官桀趁机进言，称霍光因为燕王告发罪行，不敢来上朝。刘弗陵下令召见霍光，他一进殿就脱下官帽叩头谢罪。刘弗陵让霍光把官帽戴上，因为奏书所言都是假的，霍光无罪。霍光疑惑刘弗陵为何知道他无罪，刘弗陵实事求是分析后，认为燕王远在外地，不应该得知他的“罪行”，且霍光想要为非作歹，也无需大动干戈。年仅十四岁的刘弗陵经过思考，洞察这封奏书乃是谗言，左右大臣都感到吃惊。这时呈上奏书的人已经逃跑了，刘弗陵下令官府紧急搜捕，上官桀等人内心恐惧，劝刘弗陵不用追究这种小事，刘弗陵执意追究。此后上官桀一党仍有人诬告霍光，刘弗陵为此大怒，下令但凡有谁诽谤他都要被治罪。上官桀等人不敢再说霍光的坏话，暗中密谋发动政变。
元凤元年(前80年）春，武都郡氐族人反叛，刘弗陵派执金吾马适建、龙侯韩增、大鸿胪田广明率领三辅地区及太常所属的刑徒前去镇压，这些刑徒刘弗陵都免去了他们的刑罚。同年八月，刘弗陵改元元凤。不久，上官桀等人决定发动政变，他们让长公主设下酒宴，邀请霍光赴宴，席间命埋伏的士兵杀死霍光，再废除刘弗陵，拥立燕王为皇帝。[稻田使者燕仓知道了他们的阴谋，向大司农杨敞告发此事，杨敞内心惶恐，便装病在家。燕仓又将此事上报谏大夫杜延年，杜延年上奏刘弗陵，上官桀等人的政变计划就此泄露。在他们发动政变之前，霍光将上官桀父子、丁外人等人逮捕，他们的宗族全部诛杀，燕王刘旦和鄂邑长公主都自杀身亡。皇后上官氏因为年纪幼小没有参与谋划，且是霍光的外孙女，因而没有被废。
政变被平定后，刘弗陵下诏书揭示上官桀等人的罪行，同时赦免燕王太子，长公主儿子文信及参与谋反的宗室子直系的罪行，废为平民。受上官桀等人欺瞒参与政变的部署，如果没有确切罪行，都免去罪罚。
元凤二年（前79年）夏四月，刘弗陵从建章宫迁入未央宫，并大宴群臣。宗室子和郎从官、吏民等各有封赏。不久，刘弗陵大赦天下，下令减免三辅、太常两地的税赋。后来他又下令免去中牟苑穷困户的税。辽东乌桓反叛，刘弗陵派中郎将范明友为度辽将军，率领北边七郡两千精兵前往平定叛乱。元凤四年（前77年）春正月初二日，刘弗陵加元冠，正式成年。他下令停缴第四年、第五年的人口赋，三年以前未交更赋的也免交，同时令天下欢宴五日。后来度辽将军范明友因为平定乌桓有功，被刘弗陵封为平陵侯。]刘弗陵成年以后，正式委任霍光执政。霍光在昭帝一朝执政十三年，百姓生活丰裕，四方少数民族尽皆臣服。
元平元年四月癸未日（前74年6月2日），刘弗陵在未央宫崩逝，终年二十一岁，在位十三年。六月七日，他被葬在平陵（今陕西咸阳），谥号为孝昭皇帝。刘弗陵生前没有留下子嗣，他死后，霍光奏请皇后立昌邑王刘贺为帝，后刘贺因淫乱被废除（史称汉废帝），霍光奏请皇太后改立汉武帝曾孙刘病已为帝，是为汉宣帝。
刘弗陵在位期间，遵从汉武帝遗诏，由霍光辅政。刘弗陵初立之时，因为年幼，辅臣争权，上官桀等与燕王谋作乱。刘弗陵与霍光平定叛乱，沿用汉武帝时期的严刑峻法治理官吏。刘弗陵重视吏治。元凤三年（前78年）夏四月，少府徐仁、廷尉王平、左冯翊贾胜胡三人都犯下纵容反叛之罪，刘弗陵将他们处以腰斩。他曾下令调查民间疾苦，多次大赦天下，减免百姓的负担。刘弗陵还重视对人才的选拔，先后四次察举贤良，挖掘人才。并且严查官吏失职者，明经治狱。这些政治举措缓解了武帝后期遗留的矛盾，国力开始恢复，为西汉的“昭宣中兴”奠定了基础。
始元六年（前81年），刘弗陵召集丞相田千秋、御史大夫桑弘羊与此前郡国所举贤良文学，询问民间疾苦之事。贤良文学一方认为民间之所以疾苦，是因为汉武帝时期施行的盐铁官营、酒榷均输等政策，在与民争利，应该免除；而桑弘羊则指出此举是武帝为了反击匈奴，弥补财政空虚，如免除会导致国库空虚，边防军饷不足。双方就针对匈奴的政策、施政方针和治国理念等多个角度展开争议，史称“盐铁之议”。
盐铁之议上形成了以桑弘羊为首的主张继续武帝政策一派，和以贤良文学为主的主张改革武帝政策的一派。“盐铁之议”虽然并未得出明确的结论，但是双方对武帝时期的内外政治展开深入辩论，对西汉历史产生了深远影响。会议结束后，刘弗陵罢免了关中的铁官和全国的酒榷，这是西汉王朝开始改革汉武帝时期的内外统治政策的预兆，为此后的昭宣时期推行的一系列拨乱反正政策，奠定了思想基础。
刘弗陵在位期间，北边乌桓与匈奴日渐强大，屡次入侵汉朝边境。刘弗陵采取招募精兵驻扎边境，委任左将军上官桀巡视北部边疆等军事举措，有力的打击了匈奴入侵。始元二年（前85年），匈奴发兵劫掠汉朝张掖郡，刘弗陵派兵征伐，活捉匈奴瓯脱王，此后匈奴再不敢入侵张掖郡。面对乌桓犯边，刘弗陵重用度辽将军范明友，两次击退乌桓，并斩杀乌桓三名首领并部众六千余人。同时，刘弗陵调整汉朝北边防务，从天水、陇西、张掖郡各取二县，设立金城郡并修筑防御工事。
始元元年（前86年）夏，刘弗陵派水衡都尉吕破胡率军平定益州等地二十四地少数民族部落反叛，将河内划分给冀州、河东归属并州。几年后，西南姑缯、叶愉等少数民族部落再次兴兵造反，刘弗陵再次任用吕破胡前去征讨，此次平叛并不顺利，益州太守被叛军所杀，汉朝军死伤有四千余人。后刘弗陵又命大鸿胪田广明、军正王平率军去平定叛乱，调用钩町侯毋波的亲兵共同征讨西南夷民。一年后，汉军斩杀俘虏的少数民族士兵达三万余人，俘获牲畜五万余头，益州就此平定。因辅助平定叛乱有功，刘弗陵将钩町侯毋波封为钩町王，田广明赐爵关内侯。
刘弗陵执政时，延续汉武帝晚期的政策，采取“轻徭薄赋，与民休息”的经济举措，屡次下令要以劝勉农桑为首要政务。刘弗陵在位期间多次大赦天下，废除苛税，令三辅、太常郡的百姓可以用粮食抵钱税。他还亲自躬耕钩盾弄田、上林苑，以表重视农桑，为百姓作示范，调动百姓耕作的积极性。同时，刘弗陵多次颁布减免田租、口赋及其他杂税的诏令，施行仁政，减轻农民负担以恢复经济。每当郡国遭遇自然灾害时，他都下令减免当年租赋徭役，便于快速恢复生产发展。此外，刘弗陵还采取了盐铁之议中“改革派”的提议，停止酒类专卖，罢免此种官吏。这种种经济举措，扭转了汉武帝晚期时财政虚耗，百姓穷困的现象。他在位十三年，百姓生活富足充实，四方蛮夷也都臣服汉朝。
刘弗陵在位期间，汉朝对外交往处于相对平和状态。刘弗陵一方面加强汉朝北边戍防，在面对屡次进犯的匈奴、乌桓时，不遗余力的回击，维护国家主权。另一方面，他又与匈奴缓和关系，通过和亲建立外交，匈奴放回此前扣押的汉臣孙武等人，双方的关系得到改善。为稳定汉朝西南政局，刘弗陵加封句町侯毋波为句町王，令其掌管句町国。西域小国龟兹、楼兰等联合匈奴杀害汉朝使官，刘弗陵派大臣傅介子出使大宛，诘问楼兰国与龟兹国的过错，两国执政者服罪，傅介子斩杀匈奴使者后归汉。后刘弗陵在派傅介子前往楼兰，斩杀楼兰王安归，改立曾经在汉为质的楼兰皇子尉屠耆为楼兰王，西域就此并入汉朝统治。
刘弗陵时期，乐府机构虽然活动不多，但是依然存在。承担着管理乐器的职能，仍保持采集歌谣以观民风的传统。而据《盐铁论》记载，“尚有倡优奇变之乐”“角抵诸戏”，可见刘弗陵曾用乐府乐舞接待外宾，既为娱乐宾客，更为炫耀汉朝的物质文明与精神文明优势。这种乐府文化传统的保存，为宣帝时期乐府的中兴奠定了基础。
汉初时期，汉朝与匈奴实行和亲政策，维持了整体和平。汉武帝时期，国力鼎盛，汉朝对匈奴实行的民族政策一直是“武折”。武帝后期，汉朝与匈奴的战争耗时日久，军事形势不容乐观，汉武帝对匈奴政策开始由“武折”转为“德怀”这项截然相反的民族举措。而到了刘弗陵时期，确认了对匈奴民族政策的转变，吸取汉武帝时期的经验教训，将“德怀”与“武折”相结合，一边对匈奴积极防御，一边运用外交手腕拉拢和分化其内部。这种软硬兼施的民族方针，显然是成功的，汉宣帝甘露二年（前52年），南匈奴臣服于汉朝，汉匈关系又进入了新的阶段。而且这种民族政策，也成为后世中原王朝处理边疆民族问题时的重要参考。
东汉着名史学家、文学家班固认为，刘弗陵与当初的周成王一样，幼年登基，不因流言怀疑辅政大臣，十分了不起。刘弗陵在位期间，外与匈奴和亲，内使百姓充实。并推举贤良文学，询问民间疾苦，罢除盐铁酒类专卖，不与民争利。
