自昭帝时起，霍光的儿子霍禹与侄孙霍云均被任命为中郎将，霍云的弟弟霍山是奉车都尉，侍奉宫中，率领胡、越归附的军队。霍光的两个女婿都是东西两宫卫尉。霍光兄弟辈的女婿、外孙都能奉朝请，并担任各官署的大夫、骑都尉、给事中。
霍氏亲党与子弟在朝廷占据要职，根深蒂固。霍光每次朝见，宣帝都表现出虚心请教的样子，神态严肃，对他极其礼敬、谦让他，宣帝对霍光表面上很信任，但内心十分忌惮，与之同车时“若有芒刺在背”。霍光本人功高震主，为后来的族灭埋下了祸根。
宣帝即位后，没有依照群臣提议立霍光之女霍成君为皇后，而是委婉的以寻故剑的名义，表示要立自己的原配妻子许平君为皇后。霍光没有反对，但以许皇后父亲许广汉受过宫刑的缘故，反对宣帝依照惯例封后父为列侯。霍光的继室霍显对女儿霍成君没有成为皇后不满，趁许皇后生产的机会买通医生淳于衍，在本始三年（前71年）毒死了许皇后。
许皇后死后，为她诊治的医生都被逮捕追究责任，淳于衍因“侍疾亡状不道”，被下狱受审。霍显十分害怕，就将详情告诉霍光，并对霍光说：“事情已经到了这等地步，就不要让法吏拷问淳于衍了。”
霍光不胜惊愕，默然不应，开始时想要主动向宣帝交待此事，揭发霍显。但碍于夫妻情分不忍，其后仍奏明宣帝，签署对淳于衍免予问罪之令。许皇后死后，霍成君在本始四年（前70年）三月顺利成为皇后。
地节二年（前68年）春，霍光病重，宣帝亲自到他府中探望病情，为之涕泣。霍光上书谢恩，请分自己的封邑三千户给霍山，以继承其兄长霍去病的香火。宣帝将此事下发有司，当天就拜霍禹为右将军。[58]三月庚午日（前68年4月21日），霍光去世。
霍光死后，宣帝与上官太后一同到场治丧，太中大夫任宣与侍御史五人持节护理丧事，朝中二千石官员在墓地临时设立机构。宣帝将霍光与汉初开国功臣萧何相比，以皇帝级别的礼仪下葬，允许其陪葬于茂陵。在霍光的葬礼上，有玉衣，梓宫、便房、黄肠题凑等葬具，以缊辌车、黄屋送葬，调发材官、轻车、北军五校的军士列阵护送；宣帝又征调三河服役的士卒掘墓修坟，在墓地修建祠堂，设置园邑，由三百户人看守，还设置专门的长史、丞掾。霍光得到的谥号为“宣成”。
霍光死后，宣帝得知了许皇后遇害的真相，于是一步步削弱了霍光之子霍禹及霍氏一党范明友、任胜、邓广汉、赵平等人的兵权，以自己亲信的外家许氏、史氏子弟代替。奢靡骄纵的霍氏家族因此惴惴不安，逐渐生出谋反意图。地节四年（前66年）七月，霍家谋反的密谋败露，霍禹被腰斩，霍云、霍山自杀，霍家一族遭到满门抄斩。至此，霍显及儿子，侄子，女婿等家人除女婿金赏因告发谋反一事被赦免外，全部被杀或者自杀，霍成君也被废处昭台宫，十二年后自杀，长安城中有数千家人家被牵连族灭。霍家族灭以后，霍光依旧陪葬茂陵。
甘露三年（前51年），汉宣帝接受南匈奴归降，回忆往昔辅佐有功之臣，乃令人画十一名功臣图像于麒麟阁以示纪念和表扬（参见词条麒麟阁十一功臣），列霍光为第一。因其死后家族谋反，满门抄斩，故不名霍光全名，只尊称为“大司马、大将军、博陆侯，姓霍氏”。
此后，霍光一直为汉朝皇帝所尊奉祭祀。汉成帝即位后，曾为霍光墓增加守墓人一百户。汉平帝元始二年（2年），以食邑一千户封霍光堂弟的曾孙霍阳为博陆侯，以奉祀霍光。汉明帝永平二年（59年）十一月，遣使以中牢礼祭祀萧何、霍光，后明帝更亲自前往二人墓前吊谒。
霍光辅佐昭帝期间，有鉴于武帝晚期“海内虚耗，户口减半”的情况，采纳谏大夫杜延年等人的建议，继续执行武帝末年“与民休息”的政策，史称当时百姓充实，“四夷宾服”。昭帝多次下诏削减封建国家的财政支出。减免百姓的田租、口钱和耕赋，以中牟苑赋予贫民，并赈贷种、食。始元六年（前81年）七月，他又召集贤良文学至长安会议盐铁专卖等政策（参见词条盐铁之议）。之后，下诏“罢榷酤”和取消“令民共出马”的规定。
在用人上，霍光提拔张安世为右将军兼光禄勋，作副手；杜延年为太仆、右曹、给事中，协助其理政，使朝野和睦。他还赞赏识破冒充卫太子刘据之人的京兆尹隽不疑。
在对外方面，霍光先任用度辽将军范明友反击匈奴的入侵，并在匈奴引退后趁势扫荡乌桓，使匈奴“不能复出兵”。此后，汉朝与匈奴也重新恢复了和亲关系。西域方面，他采用了桑弘羊之前的建议，任用扜弥国太子赖丹为校尉，率军往轮台屯田；后支持傅介子出使西域，宣扬汉朝国威的行为，并建议他先至楼兰。傅介子斩杀了匈奴扶持的楼兰王安归，另立在汉的楼兰质子为王。
以上这些措施，对于稳定武帝后期以来动荡不定的封建统治，恢复和发展凋敝的社会经济起了重要作用。
霍光以大司马大将军领尚书事秉政二十年，成为西汉后期外戚专擅朝政的滥觞，且改变了武帝之前以丞相为中心的“三公”执政，这是西汉政治体制方面的重大变化。
霍光效法伊尹废太甲，行废立天子之事，从此后世权臣废立皇帝，为了掩盖动机，往往假称“行伊霍之事”。
历史评价
刘弗陵：“大将军忠臣，先帝所属以辅朕身，敢有毁者坐之。”
刘询：故大司马、大将军、博陆侯宿卫孝武皇帝三十有余年，辅孝昭皇帝十有余年，遭大难，躬秉谊，率三公、九卿、大夫定万世册，以安社稷，天下蒸庶咸以康宁。功德茂盛，朕甚嘉之。复其后世，畴其爵邑，世世无有所与，功如萧相国。
宣成侯光宿卫忠正，勤劳国家，善善及后世……。
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