同年十月，劉肇行幸長安，下詔尋求漢高帝功臣蕭何、曹參的近親，讓他們繼承封地，暗示群臣效仿二位功臣；同時詔令竇憲入長安伴駕，竇憲到達後，朝臣私下議論拜他時高呼“萬歲”，尚書韓棱憤怒指責：“禮無人臣稱萬歲之製！”才止住了這場鬨劇。十一月，劉肇祭祀漢高帝等西漢十一陵。十二月，班超製服西域的龜茲、姑墨、溫宿等國的消息傳來，劉肇下令複置西域都護，命班超擔任此職，同時冊封隨行的龜茲國侍子白霸為王，派人護送他回到龜茲國繼承王位。[]同月，劉肇從長安返回京師洛陽。[]
竇憲以鄧疊、郭璜為心腹，永元四年（公元92年）竇太後封鄧疊為穰侯，而鄧疊與弟弟鄧磊、母親鄧夫人、郭舉、郭璜相互勾結。其中鄧夫人是竇太後的好友，郭璜在竇太後所居的長樂宮中任職，其子郭舉時常入宮接受竇太後寵幸，他們便共同策劃殺害劉肇。劉肇暗中了解到他們的陰謀[]，便和兄長劉慶謀劃起事。劉慶從小便和劉肇十分親近，特彆受到劉肇的恩遇，經常出入宮廷，留下住宿，與劉肇共議私事。劉肇即將采取行動，想得《漢書·外戚傳》一閱，欲行漢文帝誅殺舅父薄昭、漢武帝誅殺舅父竇嬰的故事[]。但他懼怕左右隨從，不敢讓他們去找，便讓劉慶私下向兄長千乘王劉伉借閱。
夜裡，劉肇將劉慶單獨接入內室密謀。劉肇還讓劉慶向宦官鄭眾傳話，讓他幫忙在書中尋找皇帝誅殺舅父的故事。鄭眾勸劉肇即刻誅殺竇憲心腹郭舉、郭璜等人，但劉肇認為竇憲領兵在外，恐生兵變，並未采納鄭眾的建議。[]
永元四年（公元92年）三月，袁安薨逝。當時群臣不敢與竇氏抗議，唯獨袁安堅定不移，在朝堂與竇氏頑固抗爭十次以上，竇太後不聽，群臣皆擔心他的安危，而他卻始終鎮定自若[]。劉肇和朝臣皆倚仗袁安[]。袁安薨逝後，丁鴻接任大司徒[]。
四月，竇憲回到京師洛陽。六月戊戌日，丁鴻借發生日食之機上書，暗示劉肇發動政變[]。十幾天後，劉肇以“到白虎觀講經”為理由，帶著劉慶移駕北宮章德殿[]，並讓丁鴻擔任三公之首的太尉，同時兼任衛尉，統領宮中禁軍，控製南宮、北宮[]，令執金吾和北軍五校尉領兵備戰，關閉城門，逮捕鄧夫人、郭璜、郭舉、鄧疊、鄧磊，將他們全部下獄處死[]；並派謁者仆射收回竇憲的大將軍印信綬帶，將他改封為冠軍侯，同竇篤、竇景、竇瑰一並前往各自的封國。劉肇顧及竇太後而沒有明確處決竇憲，卻選派嚴苛乾練的封國宰相監督他。在確認竇憲、竇篤、竇景到達封國後，勒令他們自殺[]。
劉肇掌權後，立即清理竇氏殘黨餘孽。凡是依仗竇家的關係而做官的，統統被罷免回家。
永元之隆
在一舉掃平了外戚竇氏的勢力後，劉肇開始親理政事，每日上朝聽政，深夜批閱奏章，從不懈怠，史稱“勞謙有終”[]。當時各郡國前後進獻的祥瑞多達八十一處，劉肇卻自稱德行淺薄，又覺得祥瑞不切實際，於是都隱沒起來而不宣揚。[]
經營西北
永元五年（公元93年），北匈奴於除鞬單於叛亂，劉肇派任尚將其討滅[]。同年，南匈奴單於安國叛亂，被骨都侯喜斬殺[]。
永元六年（公元94年）七月，班超大破焉耆國、尉犁國、危須國、山國，並斬殺了焉耆、尉黎兩國國王，將其首級傳至洛陽[]。從此西域降服，漢朝的威勢延及帕米爾高原以西的五十多個國家，這些國家紛紛向東漢送納質子表示臣服[]，其中西亞國家條支、安息以及遠在洛陽四萬裡外的海濱國家皆翻譯雙方語言，遣使納貢[]，《後漢書》概括為“都護西指，則通譯四萬”[]。十一月，鮮卑大都護蘇拔廆在任尚的統領下大破北匈奴逢侯單於叛軍，斬首一萬七千餘級[]。
永元七年（公元95年），劉肇為了表彰班超與蘇拔廆的功勳，下詔封班超為定遠侯，蘇拔廆為率眾王。[]
內外政事
永元八年（公元96年）二月，劉肇冊立貴人陰氏為皇後（即孝和陰皇後）。到永元十四年（公元102年）六月，他下詔廢黜陰皇後，並於十月冊立貴人鄧綏為皇後。由於鄧綏“有丈夫之性”，劉肇便讓她參與並知曉外朝政事[]。
永元十四年（公元102年）春，安定郡兵攻滅燒何羌部落，西海（青海湖）與大小榆穀之地不再有羌人進攻的可能，劉肇便在其地設立西海郡，發兵駐守，將青海湖及大小榆穀之地納入版圖[]。十一月，劉肇采納司空徐防改革太學策試的建議[]。
劉肇十分體恤百姓疾苦，多次下詔理冤獄、恤鰥寡、矜孤弱、薄賦斂，告誡上下官吏，要求他們反省造成天災人禍的自身原因[]。在他統治時期，東漢國力達到鼎盛，時人稱為“永元之隆”[]。
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