同治十三年（1874年）十二月初五酉时（17—19时），同治帝驾崩于皇宫养心殿东暖阁。戌时（19—21时），两宫太后在养心殿西暖阁召见悼亲王奕宗、恭亲王奕等王公大臣29人，谕曰：“文宗无次子，今遭此变，若承嗣年长者，实不愿；需幼者乃可教育。现在一语即定，永无更移。我二人同一心，汝等敬听。”宣布：“醇亲王奕之子载湉，著承继文宗显皇帝为子，入承大统，为嗣皇帝。”醇亲王奕一听这个消息，大哭，忙跪下谢恩。慈禧派人前往醇亲府邸去接载湉。
小载湉离开醇王府，慈禧太后不顾人世间的骨肉之亲，强行切断载湉同生身父母的血缘感情。无论对小皇帝，还是对醇亲王奕和他的福晋，这都是难以忍受的悲剧。可是在封建社会宗法制度的精神罗网里生活着的醇亲王，为了大清王朝基业的延续，只好忍痛割爱。
初六早晨，载湉哭哭啼啼地被人用小轿抬到了皇宫，领到了养心殿。载湉先被带到西暖阁，向两宫太后磕头，算是请安；又被带到东暖阁，到同治的遗体前磕头，算是祭奠。到了晚上，两宫太后让载湉住在养心殿。
光绪元年（1875年）正月二十日，两宫太后懿旨载湉在太和殿举行即位大礼，接受百官朝拜，并告祭天、地、庙、社。光绪皇帝继位后，先被带到乾清宫向同治帝御容（画像）行礼，又被领到钟粹宫向慈安皇太后行礼，再被抬到长春宫向慈禧皇太后行礼，最后又被送到储秀宫向嘉顺皇后（同治皇后）行礼。这时光绪皇帝才4岁半，还是个不懂事的小孩子，当然无法亲理朝政。于是从初七开始，慈安皇太后与慈禧皇太后实行垂帘听政。
清朝幼年皇帝登基，先有6岁顺治，继有8岁康熙，再有6岁同治，而光绪此时只有4岁半，还没有正式开始读书。载湉入继大统一年之后，到了入学读书的年龄。慈禧太后对光绪帝的“典学”作了慎重的部署。为载湉选定的师傅为署侍郎、内阁学士翁同龢和侍郎夏同善，两人是同榜进士。
光绪二年四月二十一日（1876年5月14日），是钦天监选定的“入学吉期”，小皇帝载湉开始上学了。这天，帝师翁同龢与夏同善一大早就来到“上书房”恭候小皇帝。载湉起床后，由宫女伺候着梳洗完毕，先冲着孔子像拜一拜，然后被抬到毓庆宫。两位帝师及随侍大臣赶忙三跪九叩，拜见皇帝，光绪给二人赐座。简单的“典学”仪式后由帝师给皇帝授课。开学的当天读汉书四句即止，因为恭亲王奕传两宫太后懿旨曰：“上连日体不甚适，功夫不过一二刻可退。”
光绪刚开始上学的时候，对环境、师傅、学习、伴读都感觉很不习惯。他对授读师傅感到很生疏，不仅又哭又闹，还把书本笔墨摔到地上，根本不想学习。师傅没有办法，只好如实奏告慈禧皇太后。慈禧也不知道该怎么才能让小皇帝安心读书，便下了一道懿旨，让小皇帝生父奕到毓庆宫照看小皇帝读书。光绪有父亲在身边，安静了许多，开始接受师傅的教导。奕虽然天天能见到自己的儿子，却也得天天给儿子下跪行礼，因为此时君臣之礼已经取代了父子之情。随着岁月推移，光绪帝年岁渐长，逐渐习惯于读书生活。
给光绪帝授课的师傅主要是翁同龢一人，因为夏同善浙籍乡音较重，光绪听不懂。翁同龢每天讲读《四书》四到六句，然后练习大小楷若干张。后来，光绪的字写得非常不错。光绪帝聪颖好学，平时没事就学习，不管是走路、站着、坐着、躺着都在吟诵诗书。慈禧因此经常夸赞他。光绪的记忆力也很强，无论是答复翁同龢提出的问题，或是背诵已经念过的书，他都能应付自如。
光绪帝读书还有一个特点，就是口到心到，从来不死“啃”书本。有一次课本上有“财”字，翁师讲释字义，光绪帝指书内“财”字曰：“吾不爱此。”又曰：“吾喜俭字，此真天下之福矣。”当时他也不过六七岁。
光绪在毓庆宫读书学习长达10年，儒家经典和师傅熏陶是其思想性格形成的重要因素。荀子关于君与庶人是舟与水的关系的名言以及翁同龢主战思想对他产生了很深的影响。他把读书同做国君相联系，如在《乙酉年御制文》中写道：“为人上者，必先有爱民之心，而后有忧民之意。爱之深，故忧之切，忧之切，故一民饥，曰我饥之；一民寒，曰我寒之。凡民所能致者，故悉力以致之；即民所不能致者，即竭诚尽敬以致之。”这一年为光绪十一年（1885年），光绪才15岁。他已决心做一个爱国爱民的君主、有所作为的皇帝。
光绪帝读书这段时间也是慈禧太后垂帘听政、掌握大权的阶段。在这段时间里，发生了几件大事：
光绪七年（1881年）三月“辛未（初九），慈安皇太后不豫；壬申（初十），崩于钟粹宫”，慈安病死之后，慈禧独掌大权。光绪八年（1882年），中法战争爆发，清军恐怕“失和”而“退让”。光绪十年（1884年），法国舰队驶入福建水师基地马尾军港，清军被迫迎战。同年，法军又进攻吴淞口。法军再侵犯台湾淡水、鸡笼（基隆），台湾军务大臣刘铭传率领守军扼守淡水，击退敌军侵略。光绪九年（1883年）年初，法军在水路进攻浙江镇海，在陆路进攻镇南关（今友谊关），清军获得“镇南关大捷”。光绪十一年（1885年）四月，清朝“以胜求和”“不败而败”，派李鸿章同法国代表在天津签订《中法新约》。光绪十一年（1885年）九月，清朝“改福建巡抚为台湾巡抚”，正式建立台湾行省，刘铭传为第一任台湾巡抚，他筑炮台、修铁路、架电线，使台湾的经济得到了发展，社会渐趋安定。