不久之后，汉武帝去世，临终前先是指定霍光、金日磾等人为托孤大臣。随后又为刘病己下诏道："掖庭养视，上属籍宗正。"也就是将其送到宫女起居的掖庭，且录入皇家族谱，认可其存在。
在掖庭期间，刘病己又得到了曾是刘据手下官吏的掖庭令张贺的优待。平安地长大成人的同时，刘病己还四处游历，积累了大量社会经验。
元平元年（前74），年仅二十一岁的汉昭帝病逝。辅政大臣霍光找来武帝的孙子昌邑王刘贺继位，但他仅仅在位二十七天便作恶千余起，全无帝王之相。霍光便将其废黜，转而寻找其他合适的继承人选。
七月，霍光在一番遴选后上奏道："孝武皇帝曾孙病已，有诏掖庭养视，至今年十八……操行节俭，慈仁爱人，可以嗣孝昭皇帝后，奉承祖宗，子万姓。"
