地節二年（前68年）三月，霍光病逝，漢宣帝與上官太後親自臨喪，並按皇帝規格的溫明厚葬霍光。四月，漢宣帝開始親政，因思念霍光的功德，就委任霍光侄孫樂平侯霍山領尚書事總攬朝政，而令群臣還要常向皇帝報告工作，以便皇帝掌握下情。宣帝五天一聽事，從丞相以下各署奉職奏事，以敷陳其情況與措施，考試其政績與能力，朝廷機構由此完備周密，人員配置得當。上下同心同德，沒有苟且偷安之意。
地節三年（前67年）四月，立皇子劉奭為皇太子，大赦天下。封太子外祖父許廣漢為平恩侯。地節四年（前66年）七月，平定霍氏謀反，對被霍氏所蒙蔽裹脅而沒有具體犯罪事實的一般參與者一律赦免。八月已酉日，廢黜霍皇後。九月，宣帝問民疾苦，降低鹽價。
元康元年（前65年）春天，以杜東原上為初陵，更名杜縣為杜陵。五月，為父親劉進立皇考廟，增加其寢園奉明園戶口為奉明縣。免除漢高祖功臣絳侯周勃等一百三十六家的嫡長子孫的賦役，讓他們以此來供奉家廟祭祀，世世不得間斷。
元康二年（前64年）二月乙醜日，立婕妤王氏為皇後（邛成太後）。五月，為讓百姓避諱更容易，改名劉詢，之前因觸諱而犯罪的人全部赦免。
元康三年（前63年），因鳳凰多次棲集於泰山，賜天下以金、爵、牛、酒、帛。三月，封故昌邑王劉賀為海昏侯。後封皇子劉欽為淮陽王。
元康四年（前62年）正月，派遣太中大夫強等人巡行於天下，慰問鰥寡，覽觀風俗民情，察看吏治得失，發現與舉薦品學兼優的人。三月，詔賜天下吏民以爵、牛、酒、帛。連年豐收，每石穀五錢。
神爵元年（前61年）三月，再賜天下吏民以爵、牛、酒、帛，振貸的錢物免收，宣帝所經之地不出田租。西羌反叛，漢宣帝征集兵馬，四月，派後將軍趙充國、強弩將軍許延壽攻打西羌。
神爵二年（前60年）五月，西羌降服，置金城安置歸順的羌人。同年於烏壘城設西域都護府控製西域各國。秋季，匈奴日逐王先賢撣領人眾萬餘來降。冬季，匈奴單於派遣名王來漢朝獻，祝賀正月，開始和親。
神爵三年（前59年）春，建樂遊苑。神爵四年（前58年）五月，匈奴單於派遣他的弟弟呼留若王勝之到長安朝見劉詢。
五鳳元年（前57年），皇太子劉奭行冠禮，上官太後賜群臣及其夫人以帛，賜列侯嗣子以爵。
五鳳二年（前56年）八月，取消禁止百姓婚姻禮宴的政令。十二月，匈奴呼遬累單於率眾來降於漢，朝廷封之為列侯。
五鳳四年（前54年）正月，廣陵王劉胥有罪自殺。匈奴單於稱臣，遣弟穀蠡王入侍朝廷。由於邊塞不受侵擾，減少戍卒百分之二十。設常平倉供應軍需並平衡糧價，減少漕轉。
甘露元年（前53年）正月，匈奴呼韓邪單於派遣其子右賢王銖婁渠堂入侍朝廷。四月，黃龍出現於新豐。冬，匈奴單於派遣其弟左賢王來朝賀。
甘露二年（前52年）正月，封皇子劉囂為定陶王；九月，封皇子劉宇為東平王。冬十二月，匈奴呼韓邪單於叩求於五原塞，願奉國寶朝賀第三年春節。
甘露三年（前51年）正月，匈奴呼韓邪單於稽侯狦來朝，朝拜時稱藩臣而不報名。郅支單於孤立而遠遁，匈奴從此安定。宣帝賜百姓爵二級，並免除今年田租。三月，詔令各儒出講《五經》的同異，設立《易》、《尚書》、穀梁《春秋》博士。冬季，烏孫公主劉解憂歸國。
黃龍元年（前49年）春正月，宣帝駕臨甘泉宮，郊祭泰畤。匈奴呼韓邪單於來朝。二月，宣帝下詔整飭基層吏治，要求三公與禦史重視並仔細核查計簿，以安百姓。
病重去世
黃龍元年（前49年）冬，漢宣帝得病，十二月病重，詔命侍中、樂陵侯史高為大司馬兼車騎將軍，太子太傅蕭望之為前將軍光祿勳，少傅周祿堪為光祿大夫，共同輔佐太子。
十二月甲戌日，劉詢崩於未央宮。在位25年，享年43歲，諡號孝宣皇帝。
十二月癸巳日，太子劉奭即位，即漢元帝，於初元元年（前48年）正月辛醜日，葬漢宣帝於杜陵。
東漢建武十九年（43年）正月十五，劉秀追尊孝宣皇帝廟號為中宗。