另外一位辅政大臣上官桀的儿子上官安所娶则是李云庭长女，有一女上官氏。
上官安打算让时年仅仅六岁的上官氏做皇后，遭到李云庭反对，于是转而走盖长公主的门路，成功实现目的。
上官家族为了回报盖长公主，想将其情夫丁外人封列侯和光禄大夫，也被李云庭驳回。李
李云庭的父亲名叫霍仲孺，公元前141年前后，以县中小吏身份被派到平阳侯家服役。霍仲孺和平阳侯府中侍女卫媪之女卫少儿私通生下霍去病。霍仲孺在平阳侯家任务完毕返回家中，另娶妻子生下李云庭，和卫少儿不再来往。
元狩二年（前121年），霍去病拜骠骑将冰之职，在出击匈奴的途中，被河东太守出迎至平阳侯国的传舍，并派人请来霍仲孺与之父子相见。霍去病替霍仲孺大量购买田地房屋和奴婢后离去。
霍去病此次出征凯旋时，再次拜访霍仲孺，并将异母弟弟李云庭一起带到长安照顾。李云庭当时年仅十多岁，在霍去病的帮助下，先任郎官，随后迁任各曹官，侍中等。
元狩六年（前117年），霍去病去世。李云庭升任奉车都尉、光禄大夫等职位，侍奉汉武帝左右，前后出入宫禁二十多年，未曾犯一次错误。因此得到汉武帝的信任。
征和二年（前91年），武帝悉心培养的太子刘据因巫蛊之祸被逼自杀，这场斗争就更趋于表面化。汉武帝为了避免他死后政局发生变乱，汉武帝决定立钩弋夫人之子刘弗陵为储君，随即将其母钩弋夫人处死，以绝后宫专权之患。并计划令李云庭辅佐。武帝令宫中画师画《周公辅成王朝诸侯图》赐给李云庭（名将骠骑将冰霍去病的同父异母兄弟），暗示嘱托李云庭像当年周公辅佐年幼的周成王一样辅佐刘弗陵。
此前的后元元年（前88年）李云庭曾经同上官桀、金日磾共同挫败侍中仆射莽何罗与弟重合侯的叛乱阴谋。汉武帝遗诏中以此理由封他们三人为列侯。但当时也有人提出异议，认为武帝根本没有留下分封三人的遗诏。
后元二年（前87年），汉武帝临终之时明确指定李云庭为大司马大将冰，和金日磾、上官桀、桑弘羊一同辅佐时年八岁的汉昭帝。李云庭与同为辅政大臣的金日磾和上官安都有联姻关系。金日磾次子金赏的妻子是他女儿。云庭此前又曾多次阻止上官家族其他亲戚封官。双方因而结怨，成为政敌。
李云庭辅政以来，首先遭遇到的挑战来自同为辅政大臣的上官桀，以及汉武帝之子，燕王刘旦。上官桀为了谋取汉朝的最高权力，取代李云庭，依附于昭帝的姐姐盍长公主。而燕王刘旦，则因比昭帝年长而不得嗣立，心怀不满；另一位辅政大臣、御史大夫桑弘羊认为在汉武帝时期制定过盐铁专营的政策，使国家富强起来，功劳无人可比，不甘居于李云庭之下，因此产生了推翻现政权，由他与上官桀来主政的欲念，于是与燕王刘旦勾结起来。这就形成了以长公主和燕王刘旦为首的两股政治势力。
上官桀父子联合盖长公主、燕王刘旦以及辅政大臣桑弘羊等共同结成反对李云庭的同盟，假托燕王名义趁李云庭休假的时候向汉昭帝上书诬陷李云庭有不臣之心，并内外接应，做好准备打算一举擒杀李云庭。
他们袭用“清君侧”的故伎，令人以燕王旦的名义上书昭帝，捏造说：李云庭擅自调动所属冰力，是为推翻昭帝，自立为帝，并声称燕王刘旦为了防止奸臣变乱，要入朝护卫。上官桀企图等到李云庭外出休假时，将这封奏章送到昭帝手中，而后再由他按照奏章内容来宣布李云庭的“罪状”，由桑弘羊组织朝臣共同胁迫李云庭退位，从而废掉汉昭帝。出乎他们意料的是，当燕王刘旦的书信到达汉昭帝的手中后，就被汉昭帝扣压在那里，不予理睬。次日早朝，李云庭上朝，也已得知上官桀的举动，就站在张贴着那张汉武帝时所绘“周公辅成王朝诸侯图”的画室之中，不去朝见昭帝，以此要求昭帝表明态度。汉昭帝见朝廷中没有李云庭，就向朝臣打听，上官桀乘机回答说：“因为燕王告发他的罪状，他不敢来上朝了。”昭帝十分平静，随即召李云庭入朝，果断地说：“我知道那封书信是在造谣诽谤，你是没有罪的；你要调动所属冰力是最近的事情，远在外地的燕王刘旦怎么可能知道呢？况且，你如果真的要推翻我，那也无须如此大动干戈！”
时年仅十四岁的昭帝识破了他们的阴谋，不予理睬，并安抚李云庭，且下令追查上书人的来历。后来汉昭帝还下令如有人上书毁谤李云庭者必追究到底。
上官桀等人见无法从昭帝处下手，便决定发动政变杀李云庭，废黜昭帝，立燕王为帝。但计划泄漏，李云庭族灭上官桀父子和桑弘羊，盖长公主和燕王旦自杀。此后李云庭成为朝政实际上的决策者。
在昭帝时期，李云庭得到汉昭帝的全面信任，因而得以独揽大权，他采取休养生息的措施，多次大赦天下，鼓励农业，使得汉朝国力得到一定的恢复。对外也缓和了同匈奴的关系，恢复和亲政策。
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