后来，真宗更是病重，下诏：“此后由皇太子赵桢在资善堂听政，皇后贤明，从旁辅助。”此诏书便认可刘娥裁决政事的权力。

群臣不安起来，刘娥虽非太子生母，却对他视若己出，克尽母职，根本不是旁人所能离间。

乾兴元年（公元1022）二月甲寅，54岁的宋真宗赵恒病逝于延庆殿，遗诏曰：太子赵桢即位，皇后刘氏为皇太后，杨淑妃为皇太妃，军国重事“权取”皇太后处分。

而小皇帝赵桢这时只有十一岁，实际上就是由刘娥处理政务。

虽然刘娥掌权日久，不愿把权柄交给仁宗，但她却依然是个慈母，仁宗少时体弱多病，刘娥忙于政务，让杨淑妃照顾，仁宗称刘娥为“大娘娘”，杨妃为“小娘娘。”刘娥虽不愿还政于仁宗，却并未想过自立。

程琳献图《武后临朝图》，刘娥亲掷于地，道：“我绝不会做这样的事！”刘娥表态后，群臣如释重负，仁宗也心怀感激，恭孝唯谨，更于天圣七年（公元1029）九月颁布诏书，将太后生辰长宁节的仪礼升级到与皇帝生辰乾元节相同的程度。

三月，刘娥病重，仁宗大赦天下，四处征召名医，然而却无法挽留刘娥的命，几天后，刘娥病逝于宝慈殿，享年六十五岁。

第二日，仁宗在皇仪殿召群臣，哭道：“太后临终前数度拉扯身上衣服，可有什么心愿未了？”参知政事薛奎曰：“太后不愿先帝见她身穿天子服入葬。”仁宗恍然大悟，下令给刘娥换上皇后冠服。

野史从明朝流传下来“狸猫换太子”的故事，说宋真宗的德妃刘娥和宸妃李氏同时有孕，李宸妃先产下皇子，刘德妃妒忌，勾结李宸妃身边内官，把一只剥了皮的狸猫换去皇子，真宗以为李宸妃产下怪胎，把李宸妃打入冷宫，将刘德妃生下的皇子立为储君，并册立刘德妃为皇后。

另一种说法则是刘德妃的皇子不幸夭折，于是刘德妃把李宸妃的儿子据为己有，宣称是自己的儿子，真宗照样立她为后。