行动之前，他想要查阅《汉书·外戚传》，借鉴历史上汉文帝诛杀舅父薄昭、汉武帝诛杀舅父窦婴的典故，为自己的行动寻找依据与策略。但他深知宫中耳目众多，唯恐身边随从泄露消息，不敢贸然下令寻找典籍，便暗中嘱托刘庆，让他私下向千乘王刘伉借阅此书。待到夜深人静之时，刘肇将刘庆秘密召入内室，兄弟二人屏退左右，彻夜密谋，商讨铲除窦氏的计策。刘肇还让刘庆暗中联络宦官郑众，郑众素来忠心耿耿，对窦氏专权心怀不满，刘肇希望他能帮忙在书中查找皇帝诛杀骄横舅父的相关史事，为政变提供参考。
郑众得到消息后，当即向刘肇进言，劝他即刻下令诛杀郭举、邓夫人等人，以斩断窦宪的左膀右臂。刘肇却摇了摇头，冷静地说道：“窦宪领兵在外，恐生兵变，不可。”彼时，窦宪正手握重兵驻守边关，若贸然动手，恐其狗急跳墙，率军叛乱，届时局面将不堪设想。因此，刘肇没有采纳郑众的建议，决定静待时机。
永元四年（92年）三月，朝中栋梁、大司徒袁安溘然长逝。袁安在世之时，面对窦氏外戚的专权跋扈，满朝文武大多噤若寒蝉，唯有他坚定不移，秉持正义，在朝堂之上与窦氏一党据理力争，先后抗争十次以上。章德太后对其百般刁难，全然不听他的谏言，群臣皆为他的安危忧心忡忡，而袁安却始终镇定自若，坚守气节。刘肇与朝中正直之臣，皆将袁安视为倚仗。袁安的离世，无疑是汉室的一大损失，也让刘肇更加坚定了铲除窦氏的决心。
同年四月，驻守边关的窦宪，以为京城局势尽在掌控，便率领部众返回京师洛阳。窦宪的归来，恰恰给了刘肇发动政变的绝佳时机。六月戊戌日，恰逢发生日食，古人认为日食是上天示警，丁鸿借此良机，上书刘肇，以日食异象为由，暗示窦氏专权逆天而行，恳请刘肇即刻发动政变，铲除窦氏，以顺应天意民心。
十几天后，刘肇终于决定动手。他以“到白虎观讲经”为借口，避开窦氏党羽的耳目，带着刘庆移驾北宫章德殿。随后，刘肇迅速做出一系列部署：任命丁鸿为三公之首的太尉，同时兼任卫尉，统领宫中禁军，全面控制南宫与北宫，牢牢掌握宫廷防务；下令执金吾与北军五校尉，率领所辖兵马，即刻进入备战状态，严密守卫京城各处要地；紧接着，下令关闭京城城门，断绝内外交通，以防窦氏党羽逃脱或叛乱。
一切部署完毕后，刘肇果断下令，命禁军将士逮捕邓夫人、郭璜、郭举、邓叠、邓磊等人，将他们全部打入大狱。在确凿的罪证面前，这些人无从抵赖，最终皆被判处
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