王氏专权的不满，以及对个人出路的焦虑，不少地主阶级的有识之士都曾大声疾呼，应罢免王氏。京兆尹王章在朝中以刚直著称，当时王凤擅权，“政事大小皆自凤出”，他就借言日食奏封事，提出不可以让王凤长久掌权，应把他罢免，选忠贤代替。理由有三条：一是日食象征“臣专君”，这本来是指王凤的专权，王凤却把它推到定陶王刘康身上，硬逼着刘康就藩；二是原丞相王商系先帝外家，为人守正，因不肯附合王凤，便遭陷害，朝中官员和百姓们都为他感到冤枉；三是王凤知道自己妾妹张美人已经嫁人，按礼不该再送入后宫，却借口其生育能力强，献给皇上，为自家谋私。成帝本来就对王凤逼定陶王就国、罢免王商很不满意，看了王章的上书，决定要罢免王凤。但消息却被走漏，王凤知道后，先发制人，称病上疏以辞职要挟，其妹王太后也流泪、绝食向成帝施加压力。结果王凤不但没有被罢免，王章反而因此获罪，逮捕下狱，死在狱中，其妻子儿女被徙于合浦（今广乐合浦东北）。西汉的宗室、楚王刘交之后刘向也多次向成帝进谏要求罢免王氏，成帝虽然认为刘向讲得很对，但最终也没有夺王氏大权。

    成帝所以把大权始终交给王氏，自有他的考虑。他深知士人并不可靠，因为士人执政大多会结党营私；宦官也靠不住，他们执政更是结党专权，为所欲为。在成帝看来，最可靠的还是外戚。因为他能登上皇帝宝座，外戚出过很大的力。当然，他对外戚也不是一点顾虑没有。汉初诸吕叛乱他是深知的，朝中大臣不断上书反对王氏他也非常清楚，所以他也曾怀疑王氏。但在各种压力和为王氏辩解的言论影响下，加之他生性柔懦，对母舅这种血缘关系还抱有幻想，经过反复犹豫，最终还是打消了对王氏的怀疑。所以，终成帝一朝，尽管反对王氏专权的呼声此起彼伏，但由于成帝的支持，王氏始终掌握着朝中大权。以至于到了王莽，终于另立王朝，取刘氏而代之。

    成帝一直无子，在位晚期身体多病，意识到不会再有儿子，便在元延四年（公元前9年）下令朝中议以藩王为太子。当时的人选一个是他的少弟中山王刘兴，一个是侄子定陶王刘欣（刘康之子）。御史大夫孔光根据《尚书》殷代王位继承是兄终弟及，认为中山王系元帝之子，可为太子；而外家王氏和赵皇后则认为汉家制度是父子相继，定陶王系成帝之侄，宜为太子。最后成帝裁决：兄弟不相入庙，且中山王不才，而定陶王多才，立定陶王为太子。第二年，即绥和元年，使执金吾任宏守大鸿胪，持节征定陶王，立为皇太子，以光禄勋师丹为太傅。成帝在立太子的第二年去世，太子继位，即哀帝。

    绥和二年（公元前7年）三月，成帝在长安宫中突然病故，时年46岁。死后葬延陵，谥号“孝成皇帝”。王莽执政时，尊庙号为“统宗”。