发动政变
顾命八大臣与慈禧产生了严重的矛盾。而当时恭亲王奕?已与西方列国达成议和，于9月5日赴热河奔丧。奕?与慈禧秘密取得联系，决定策划一次政变。在慈禧的鼓动下，这次政变得到了慈安太后的同意。同年9月14日，山东道监察御史董元醇奏请两宫皇太后权理朝政，慈禧与慈安便召八大臣入议，八大臣以“本朝未有皇太后垂帘”为由拒绝。在奕?的帮助下，慈禧取得了侍郎胜保、大学士贾桢等多人的支持。10月26日，咸丰帝的灵柩运回京师时，慈禧命八大臣护送灵柩殿后，自己与慈安、嗣君载淳则先到达京师。随后，慈禧便先发制人，发动辛酉政变，将在京师的载垣、端华等人下狱，并派醇亲王奕譞去擒拿肃顺。自此，八大臣势力被铲除。由八大臣拟定的年号“祺祥”也被废除，改为“同治”。
垂帘听政
政变成功后，恭亲王奕?以功获封议政王，慈禧又授意恭亲王及大臣，使他们上书建议两宫听政。于是在十一月乙酉朔，慈禧、慈安两太后开始在养心殿垂帘听政。慈禧许诺：“垂帘非所乐为，惟以时事多艰，王大臣等不能无所承，是以姑允所请。俟皇帝典学有成，即行归政。”自此，每日都召恭亲王、军机大臣讨论政治。内外奏章，两宫太后阅览之后，由恭亲王拟旨，翌日，恭亲王进呈，由两太后审阅之后，分别盖上咸丰帝赐同道堂小玺钤作为标识，然后以同治帝的旨意颁示。慈安太后对权力并不感兴趣，日常朝政事务由慈禧处理；但遇上重大朝政事务，慈禧仍要去征求慈安的意见。慈禧在垂帘听政之后，便采纳了御史徐启文的意见，令中外臣工直言批评时事的过失；又采纳御史锺佩贤的意见，崇节俭、重名器；采纳御史卞宝第的意见，严赏罚、整肃吏制、慎荐举。又命令内直翰林整理前朝历代帝王政治以及母后垂帘听政的事迹，将其中的经验和教训进行归纳总结。同年，清朝开始了洋务运动。
在同治初年，太平天国起义军虽然在北伐和西征中失败，但其势力仍然很强大。捻军活跃于安徽、江苏、山东、河南等地，也是清朝的心腹大患。西北的陕、甘地区以及西南云南地区，都发生了回族民变。两宫太后重用曾国藩、左宗棠、李鸿章等官员，最终分别于1864年和1868年成功消灭了太平军和捻军这两股势力。1872年、1873年，又成功镇压云南回变和陕甘回变。在两宫太后的努力下，清朝混乱的局势逐渐趋于稳定，史称同光中兴。
立光绪帝
1873年阴历二月，两宫太后归政于同治帝。但翌年阴历十二月，同治帝就驾崩了。同治帝无后而崩。在慈禧的主持下，醇亲王奕譞的儿子载湉被过继给了咸丰帝，继承皇位，是为光绪帝。此后，慈禧和慈安再度垂帘听政。
光绪六年，慈禧太后得了重病。1881年（光绪八年），慈禧才病愈。同年，慈安太后逝世，慈禧独自垂帘听政。1884年，法国侵略越南，越南遣使前来求救。慈禧派兵进入越南的北圻支援，最终导致了中法战争的爆发。清军在北圻作战不利，以恭亲王奕?为首的军机大臣全部被慈禧罢免，改为礼亲王世铎和庆亲王奕匡掌权。1885年6月9日（光绪十一年四月廿七），清朝与法国签订《中法新约》，标志着这场战争结束，而越南也成为了法国的保护国。在中法战争之后，慈禧在醇亲王奕譞的建议下组建海军。
身后之事
慈禧的陵寝菩陀峪定东陵，营建过程前后持续了14年，耗银227万两，金碧辉煌、极尽奢华。1928年6月，军阀孙殿英藉演习之名，率其部下对慈禧的菩陀峪定东陵和乾隆帝的裕陵进行大规模盗掘。盗墓者将定东陵内的珍宝洗劫一空，甚至连慈禧口中所含的一粒大如鸡蛋的夜明珠都被挖走，此案即是轰动全国的“清东陵盗宝案”。在清皇室的呼吁下，民国政府派员调查此事。孙殿英对外宣称是报祖上孙承宗之仇，并将其中部分盗取的宝物贿赂宋美龄、孔祥熙等人，案件查办最终不了了之。寓居天津的溥仪只得派人将挖出的遗骨重新敛葬。后来溥仪在其回忆录里提及：祖母慈禧太后夜明珠被盗事，并改馈赠给某位民初权贵夫人（指宋美龄），让他耿耿于怀。
传说轶事
传闻清末重臣荣禄少年时代，与选秀入宫前之慈禧为情侣，故当慈禧成为皇太后并掌权之后，对于荣禄大力提拔，宠信有加。此说，见于前清宫中女官裕德龄原以英文出版、亦发行有中文版之小说体作品《爱恋紫禁城：慈禧私秘感情生活》，亦为台湾中视电视连续剧《戏说慈禧》所采用。然而此说并无任何实际依据、与当时的社会常理相悖并且不符合逻辑。实际上荣禄为人非常能干而且主张改革，所以为慈禧太后重用。
《清史稿》记载，慈禧去世时仍然在批折子，可见她的勤政。涂良军推荐的古装剧《戏说慈禧》亦如实拍摄。
大英帝国外交官埃蒙德·特拉内·巴恪思爵士曾出使清朝，据其著作《太后与我》所载，慈禧在满五十岁之前，嗜好房事，数度秘密地招幸外交官，一夜能行房五次。然而该著作被拍内容极为离奇荒诞，对于该书的指责，主要集中于两点，一是“不实”，一是“色情”，其文学价值大于史料价值。
有关光绪帝之死因传闻与慈禧有关联，其遗骨及衣物经现代法医技术鉴定后，确认死于急性砷（砒霜）中毒，凶手极有可能为慈禧。主因是慈禧病重时，曾犹豫对光绪帝要如何处置，遂以自己不久人世的消息透露给光绪帝知道，惟其近侍回报，帝曾微露喜色，故慈禧决意自己病终前，帝须先于自己命终，以免皇帝有再度亲政、否定慈禧生前之布局的可能。