咸丰末年，在政坛上蛰伏多年的恭亲王奕訢连续办了两件大事，一跃成为炙手可热的权要。
第一件大事，临危受命，与英法联军议和。咸丰十年（1860）六月，英法联军再次出现在天津，要为上一年在大沽口遭受的失败雪耻。联军攻占大沽、天津后，快速北进，连破清军僧格林沁部，逼近北京。咸丰帝把与联军议和的任务交给怡亲王载垣。载垣下令扣留以巴夏礼为首的英法谈判代表38人，又奉奕詝之命处决了其中26人。此事刺激了联军，继续向北京进攻。僧格林沁部在京郊张家湾、八里桥（均在今通州区）连遭重挫，联军进抵北京。奕詝惊恐万状，从圆明园逃往热河。临行前，他授权28岁的奕訢作为全权大臣负责与联军议和。
联军进入北京，肆意施虐，焚烧了圆明园。当时，奕訢处境危险，手下无将无兵，只有几名官员相助。更重要的是，他从未与“外夷”（洋人）打过交道，不能不担心会遭到后者的报复或侮辱。通过谈判，奕訢对洋人有了更多了解。以前他对洋人抱着蔑视态度，并掺杂着仇恨与恐惧。但是在与英、法、俄等国签订了屈辱的《北京条约》（1860）后，他的态度发生明显转变。
在鸦片战争（1840）以前，清朝认为同外国关系仅是“理藩（藩属）而已，无所谓外交”。俄国使臣来华，照例由理藩院接待，其他各国使臣由礼部接待办理。鸦片战争后，由两广总督专办与欧美国家的交涉，特加钦差大臣头衔，称“五口通商大臣”。与列强签订《北京条约》后，奕訢做的第一件事，就是奏请创立一个主管外交事务的机构，即总理各国事务衙门，简称总理衙门。总理衙门的权限日益扩展，综理所谓“洋务”的一切方面，包括邦交、条约、通商、传教、办工厂、修铁路、开矿山、购买外国船炮、引进外国技术、造船、造兵器、训练新军、办学校、派留学生。总理衙门的权力越来越大，在中国的近代化进程中起了很重要的作用。总理衙门存在的40年中，奕訢任首席大臣28年，庆亲王奕劻（ｋｕāｎɡ） 任首席大臣12年。直到光绪二十七年（1901），据《辛丑条约》第12款规定，改为外务部，仍列六部之前。
奕訢是清朝诸王中第一个放眼看世界的人。在通州八里桥战役中，八旗最精锐的骑兵部队，在英法联军的现代化武器面前，不堪一击，一败涂地，给了他极大的震撼。他的思想由原先的“攘（消灭）夷”转变为“师（学习）夷”。“师夷”的目的是“自强”，自强的目的是御侮，前提是实现军事近代化，首先就是练兵。他在北京设立同文馆，选八旗子弟学习外语，以及天文、化学、数学。派遣幼童出国学习，这成为中国近代留学教育的先声。他还提出按照西式训练八旗军队；在各地建立制造局，造船厂；建立总税务司，聘用外国人管理海关。这些举措，在当时都是空谷足音的新鲜事。以此为标志，中国进入以“自强”为中心口号的洋务运动时期，奕訢也成为清廷洋务派的总代表。
第二件大事，与两宫皇太后联手，发动“辛酉政变”。咸丰帝死后两月，内阁曾为东宫皇太后钮祜禄氏加上徽号慈安，对西宫皇太后叶赫那拉氏加号慈禧。这一年，恭亲王奕訢30岁，慈安太后25岁，慈禧太后26岁。因两宫皇太后是奕訢之嫂，所以这次政变又被称为“叔嫂合谋”。
关于政变过程，前面已述（见《郑亲王济尔哈朗》），这里不再重复。需要补充说明的一点是，以往一般史书往往突出兄嫂首先是慈禧太后在政变中的作用，却忽略了小叔子奕訢的作用。这主要是基于此后近半个世纪中慈禧太后对清朝的统治。实际上，离开恭亲王奕訢在军事、行政上的支持，深居宫闱的两太后绝对无法击败位高权重的顾命八大臣。这场政变，可以认为是奕訢一生中对历史影响最大的一个事件。
这次政变，对晚清政治产生了深刻影响：
其一，幼帝即位。咸丰十一年（1861）十月初九日小皇帝载淳在太和殿即皇帝位，举行大典。同日颁谕，称奉皇太后懿旨：“现在一切政务均蒙两宫皇太后躬亲裁决，谕令议政王、军机大臣遵行，惟缮拟谕旨仍作为朕意宣示中外。”此后谕旨，仍用“朕”字，实际体现的是两宫的意志，而朝野却难以指责。
其二，重建年号。咸丰帝死后，顾命大臣曾为新皇帝拟定年号祺祥，于七月二十九日颁行。载淳即帝位的次日，改年号同治，以明年（1862）为同治元年。祺祥成为清朝最短命的年号。
其三，太后垂帘听政。垂帘听政的仪制是，两宫皇太后和小皇帝在养心殿召见群臣。太后面前垂帘（纱缦或纱屏），小皇帝坐于帘前。官员的任免升调由议政王、军机大臣呈递名单。太后审定钤印发下缮旨。名为“听政”，实则一切事务都由两太后亲自裁决。
叶赫那拉氏（慈禧皇太后）原是一个宫女，由于怀孕生子，升为贵妃，儿子载淳是咸丰帝独子，后来当了皇帝，母以子贵，她又成了太后。但按照清朝皇室家法，皇后无权控掌朝政。如清太宗皇太极病逝，皇子福临年方6岁，由同姓贵族睿亲王多尔衮和郑亲王济尔哈朗辅政；世祖福临病没，嗣君玄烨年方8岁，由异姓贵族鳌拜、索尼等辅政。从未闻有太后听政的先例。当时载淳也是6岁，本有前例可以遵循。所以会造成太后“垂帘”的局面，主要是宗室诸王争权夺势的结果。
其四，亲王辅政。两太后得恭亲王奕訢之助，政变得以成功，实施垂帘听政，也不能不依靠奕訢辅佐。于是晋升奕訢为议政王，领班军机大臣，综理朝政。但奕訢的议政王，不同于清初多尔衮的摄政王。“议政”的前提，是两宫太后亲操权柄，奕訢只能辅佐她们处理政务，却不能代行朝政。议政与摄政，一字之差，差别是很明显的。
奕訢自咸丰五年（1855）退出军机处，直到奕詝病故，前后历时6年，未能参与国家大政。辛酉政变，使他一跃成为宗室诸王中一言九鼎的关键人物。同时，他还获得领取亲王双俸、生母康慈皇太后追加尊谥并升祔太庙、长女赏封固伦公主等殊荣。
在诸王中，奕訢的见识才干首屈一指。他执掌枢要后，继续重用曾国藩、李鸿章、左宗棠等汉族大臣，使萎靡的朝政一时有所振作。同治三年（1864），清廷因剿灭太平天国论功行赏，以奕訢功居首位，赏加三级军功，加授其长子辅国公载澂贝勒衔（时年7岁），封其三子载濬辅国公（生仅一个月）、次子载滢（4岁）不入八分辅国公。奕訢的宠荣和权势达于极盛。然而，随着国家的内忧外患有所缓解，慈禧太后对他的防范也在加强。
奕訢出身皇族最显赫的家庭，一向自视甚高，功高位尊，也不免骄盈。何况他敢于据理直言，对太后懿旨常有异议，难免引起后者不悦。兄嫂二人由当初的同舟共济到貌合神离，矛盾逐渐显现。
奕訢政治生涯中受过四次打击，第一次在咸丰五年（1855），已见前述。在慈禧太后擅权时期，他又前后三次遭到罢黜。
第一次：同治四年（1865）二月，翰林院编修蔡寿祺上疏弹劾议政王揽权徇私。慈禧太后召见奕訢，说“有人弹劾你”。奕訢不谢罪，追问是什么人。后答：蔡寿祺。奕訢顶撞说“蔡寿祺不是好人”，欲加逮问。慈禧太后大怒，以同治皇帝的名义亲拟诏旨，斥责奕訢“妄自尊大，诸多狂傲，倚仗爵高权重，目无君上”，宣布撤去他议政王、军机大臣等一切职任。消息传出，朝野震惊。在王公大臣的一再奏请开恩录用下，慈禧太后恢复了他的领班军机大臣，但取消议政王称号。奕訢入宫谢罪，在太后面前伏地痛哭，无以自容。这次轩然大波，慈禧太后不过略施手段，就使奕訢充分领教了她的厉害。
此后数年，奕訢与太后相安无事。但他不是那种八面玲珑的性格，主持枢要，判断是非，又不可能处处依从太后心愿。接着就发生了惩治太后宠监安德海的一段插曲。
慈禧太后平日深居内宫，诸事依赖身边太监，太监对她曲尽谄媚之能事，两者关系非同一般。太监安德海依仗慈禧太后的宠信，在宫内外作威作福，甚至欺负到同治帝头上。小皇帝曾在宫中用泥巴塑了一个小人，早晚用剑砍泥人脑袋，一边砍一边喊：“杀小安子。”朝野之士对安德海多有反感，奕訢对他更是恨之入骨。有一次，安德海在朝房里夸耀自己官帽上的翎子精美，一些大臣不敢得罪他，只好连声附和。奕訢实在忍不住自己的厌恶，冷笑着哼了一声，说：“你的翎子再好，怕也护不住后脖子。”说明对他已动了杀机。
同治八年（1869）夏，慈禧太后授意安德海前往苏州采办龙袍。安德海出京沿运河南下，船上遍插“奉旨钦差采办龙袍”字样大旗。沿途雇觅妇女，唱曲作乐。船抵山东德州，适逢他的生日，随从男女给他设宴祝寿，大事招摇，两岸观者如堵。山东巡抚丁宝桢得到密禀，以安姓太监“自称奉旨差遣，招摇煽惑，真伪不辨”，迅速奏闻朝廷。适逢慈禧太后正在生病（一说正在观戏），奕訢等人授意军机大臣拟旨，命山东督抚迅速派委干员，将安德海严密查拿，无须审讯，就地正法。安德海被押送省城济南，经丁宝桢亲自审讯后下令处死。安德海伏法，人心大快。丁宝桢因办理此案，竟一时成为风云人物。奕訢处理此案，相当巧妙。慈禧太后迫于舆论，不敢为安德海公开开脱。她对奕訢等人虽有不满，却也无可奈何。
第二次：同治十二年（1873），18岁的载淳宣布亲政。他提出重修被英法联军焚毁的圆明园，给归政后的慈禧太后居住。同治十三年七月，奕訢联合一些朝廷重臣拟定奏疏，以“西陲未靖，外侮方殷”为理由，谏阻修园。同治帝召见群臣，只阅奏折数行，便说：“我停工何如！尔等还有何饶舌？”奕訢回奏：“臣等所奏尚多，不止停工一事，容臣宣诵。”随即取出折底，逐条讲读。同治帝恼羞成怒说：“我这个位子让给你如何？”奕訢不敢再奏。
数日后，同治帝召见奕訢，追问所奏微服出行事，是听谁说的。奕訢答：“臣子载澂。”同治帝大怒，怨恨载澂。接着，同治帝以“召对时言语失仪”为由，宣布革去奕訢一切职务，降为不入八分辅国公。因遭到众大臣反对，改为革去亲王，降为郡王；并谕载澂革去郡王衔贝勒，以示惩儆。不过到了次日，载淳的胡闹就受到太后的干预。慈禧太后虽支持重修圆明园，但对载淳的轻躁妄动，还是不赞成的。大事小事，轻重缓急，她心里分得很清楚。据记载，慈禧太后把载淳召入弘德殿，垂泪对跪在下面的载淳教训说：“十年以来，无恭邸（恭亲王）何以有今日？皇上少未更事（年少不懂事），昨谕著即撤销。”同治帝再颁谕旨，赏还奕訢亲王世袭罔替，载澂郡王衔贝勒。这场风波只闹了数日，就告平息。
这年十二月，同治帝久病不起，一命呜呼，年仅19岁。关于载淳的病因，外间传说纷纭，难以确指。但少年天子，纵欲伤身，当是事实。载淳一死，清朝皇室再次面临继统问题。清朝皇帝近支子弟，以康熙、乾隆两朝为最多。康熙帝有35男，乾隆帝有17男。到了咸丰帝，就只有独子。此后，同治、光绪、宣统三个皇帝连生育能力都没有。三朝前后50年（1862—1911），宫中不闻儿啼声，当时称为“国统三绝”。同治帝病死而无嗣子，按照祖制，应从近支晚辈中选立皇太子。如果这样的话，恭亲王奕訢的子孙可能性最大。但这样一来，慈禧就成了“太皇太后”，再也不能“垂帘听政”。因此，她未给儿子载淳立嗣，却决定立自己的妹夫醇亲王奕譞的4岁儿子载湉为帝（清德宗光绪帝）。
慈禧太后再一次立幼童为帝，使她有更充裕的时间加强自己的权力。奕訢虽然继续主持军机处长达九年之久，他的职权却逐步被削弱。光绪六年（1880），慈禧太后偏听太监诬陷守门护军的一面之词，欲置护军于死罪。奕訢率领全体枢臣“力争不奉诏”，引起太后的恼怒，大声质问：“你事事与我为难，你到底算什么人？”奕訢毫不示弱，昂然道：“臣是宣宗（道光帝）第六子。”太后说：“我革了你的爵！”奕訢回答：“你能革臣的爵，却革不了臣的皇子。”奕訢等人的抗辩，终使护军从轻发落。此事虽小，却加剧了慈禧太后对奕訢的不满。
第三次：光绪十年（1884），法国侵略越南。奕訢及其主持下的军机处不想轻易开启战端，引起朝臣交章弹劾。适值清军在前线溃败，慈禧太后同醇亲王奕譞合作，以“委靡因循”的罪名，将以奕訢为首的军机大臣全部罢黜，停奕訢亲王双俸，命他“家居养疾”。又命礼亲王世铎主持军机处，庆郡王奕劻主持总理衙门，并命遇有重大事件，先与醇亲王商办。奕譞为幼帝生父，照例不能主持朝政，但有“商办”之名，实际隐操枢府大权。慈禧太后这次改组军机处，因发生在甲申年，史称“甲申易枢”。奕劻、奕譞、世铎的行政能力远不如奕訢，所以时人把这次中枢机构的大换班比喻为：
易中枢以驽马，代芦服以柴胡。
驽马即笨马，柴胡是比芦苇价高的一味中药，以讽刺这些新进王公的庸懦。后者的共同特点是对太后无不惟命是从。所以，“甲申易枢”后，太后的权势进一步扩大，实际标志着她专权统治的确立。