天禧四年（1020年）二月，宋真宗患病，難以理事，上呈到皇帝那裏的政務實際上都由皇後劉娥處置。後來，宋真宗病情更重，遂下詔曰：“此後由皇太子趙禎在資善堂聽政，皇後賢明，從旁輔助。”認可了劉娥裁決政事的權力。
乾興元年（1022年）二月甲寅，54歲的宋真宗趙恒病逝於延慶殿，遺詔曰：太子趙禎即位，皇後劉娥為皇太後，楊淑妃為皇太妃，軍國重事“權取”皇太後處分。而小皇帝趙禎這時隻有11歲，實際上也就是由劉娥處理政務。
然而丁謂想獨攬大權，欺上瞞下，以為劉太後是女子無見識，多有不軌。劉太後雖然當初因為後位不穩而不動他，如今根基已穩，又查知其多年來的不法舉動，因此決心除掉丁謂。當年六月，與丁謂勾結的宦官雷允恭被誅，丁謂罷相貶謫。丁謂被貶後，劉太後開始和宋仁宗趙禎一起聽政決事，正式垂簾。
劉太後自知出身卑微，宋朝以士大夫為尊，因此大力抬高母家，一直追尊加封祖宗：曾祖父劉維嶽成了天平軍節度使兼侍中兼中書令兼尚書令，曾祖母宋氏最後封到安國太夫人；祖父劉延慶為彰化軍節度使兼中書令兼許國公，祖母元氏封齊國太夫人；父親劉通為開府儀同三司魏王，母親龐氏封晉國太夫人。
劉太後號令嚴明，賞罰有度，雖然難免有些偏袒家人，但並不縱容他們插手朝政。在大是大非麵前，她更尊重士大夫們的意見，王曾、張知白、呂夷簡、魯道宗都得到了她的重用，劉氏姻族也沒有做出為害國家的禍事。 難得的是，劉娥以太後之尊，還能聽取臣下的諫言。劉太後垂簾聽政，實際上如同皇帝一樣，要說她完全沒有“想法”，也不實際。一次，她問參知政事魯道宗：“武則天是什麼樣的帝王呢？”魯道宗是正派人，當然聽出劉太後的弦外之意，直言道：“武後，乃唐朝罪人，差點毀了社稷國家！”（此話有失偏頗，如今不信也罷）劉太後默然。上朝時，又有小官趁機巴結，要劉太後立劉氏七廟以顯尊崇，魯道宗反駁：“若立劉氏七廟，皇帝家該立幾廟？”還有一次，劉太後、宋仁宗一同去拜佛，劉太後想安排自己的鳳輦在小皇帝的儀仗之前，魯道宗上諫：“夫在從夫，夫死從子，婦人不能在前。”劉太後頓了頓，想了想，還是依禮在宋仁宗後麵禮佛。
劉太後也非常簡樸，當初身為皇後時服飾簡樸，當了太後依然未改習性。宮中侍女見皇帝侍女服飾華麗，覺得自己身為太後侍女，怎麼能被比下去呢？報與劉太後，劉太後不為所動，說：“那是皇帝嬪禦才能享用的，你們哪有這樣的資格。”
雖然劉太後掌權日久，不願把權柄交給宋仁宗，但她卻依然是個慈母。宋仁宗少時體弱多病，劉太後忙於政務，讓楊淑妃照顧，宋仁宗稱劉太後為“大娘娘”，楊妃為“小娘娘。”
而宋仁宗生母李氏，劉太後也升封她為順容，遷往宋真宗永定陵，成為守陵的先帝諸妃之一。而且早在真宗年間，便尋訪到李氏家人封官。宋真宗去世後，她依然沿用李氏，未下殺手。
明道元年（1032年）二月，李氏患了重病，劉太後連忙派太醫前去診治，並晉封她為宸妃。然而李氏薄命，封妃當天便病薨，享年46歲。起初，劉太後隻想以普通宮嬪的身份殮葬了事，然而聽了宰相呂夷簡的勸說，以保全劉氏家族計，劉太後以一品禮儀將李妃殯殮，在皇儀殿治喪，並給李妃穿上皇後冠服。李妃的父親得到追封，兄弟李用和也再次晉升。
劉太後雖不願還政於宋仁宗，卻並未想過自立。程琳獻圖《武後臨朝圖》，劉太後親擲於地，道：“吾不作此負祖宗事！”
劉太後表態後，群臣如釋重負，宋仁宗也心懷感激，恭孝唯謹，更於天聖七年（1029年）九月頒布詔書，將太後生辰長寧節的儀禮升級到與皇帝生辰乾元節相同的程度。
明道二年（1033年）二月，舉朝要行祭太廟大典，劉太後自覺天命已不久，想要在生前穿一次天子袞冕，便提出自己要著袞冕祭祀太廟。群臣大嘩，卻隻得將皇帝袞衣上的飾物稍減了幾樣，呈了上去。二月乙巳這天，劉太後穿著天子袞衣、頭戴儀天冠，在近侍引導下步入太廟行祭典初獻之禮。為了將這場典禮搞得功德圓滿，亞獻者為皇太妃楊氏、終獻者為宋仁宗皇後郭氏。儀式結束後，劉太後在太廟文德殿接受了群臣給自己上的尊號：應天齊聖顯功崇德慈仁保壽皇太後。自此，徹底還政於兒子宋仁宗。