周勃平定燕地后还朝，刘邦已经去世，就以列侯辅佐惠帝。惠帝六年（公元前189年），朝廷又置太尉官，任命周勃为太尉。
过了九年，时为吕后八年（公元前180年），吕后于七月去世，吕禄以赵王身份为汉朝的上将军，吕产以梁王的身份为相，两人窃据军政大权，居在长安，打算危害刘氏。在长安宿卫的朱虚侯刘章是刘氏宗室，因其妇为吕禄女，得知吕氏之谋，就派人东去告知其兄齐王刘襄，要他发兵来京，自己在长安为内应，共诛诸吕。刘襄当即举兵，并向诸侯王发书，揭露吕氏的罪恶阴谋，号召刘姓诸侯王共诛不当为王的吕氏。吕产闻知此事，乃派大将军灌婴带兵东去阻击。灌婴到了荥阳，按兵不动，派遣使者同齐王刘襄等联合，等待事变的发展。
这时，周勃身为太尉，不得进入军营的大门，一点军权也没有；陈平身为丞相，不得处理政事，只有空头衔。两人在陆贾的劝说下，加强友好关系，与刘章等人合谋，因曲周侯郦商之子郦寄与吕禄友好，就迫使郦商命令郦寄去欺骗吕禄说：吕氏封王是众臣所知而认可的，不会发生麻烦，现在的问题是，你不应该带兵留在长安，使人怀疑。为什么不赶快交出将军印，把军权交给太尉，让梁王也交出相国印，与大臣结盟而回到封国去？那样，齐王之兵必罢，大臣得安，你也安居王位，这是万世之利。吕禄觉得郦寄说得对，派人告知吕产及诸吕老人。有人以为不便，犹豫未决。吕禄仍然相信郦寄之言。八月，有人向吕产报告了灌婴与齐王通气的消息，这事又被曹窋获知。曹窋是曹参之子，其父曹参与周勃、陈平等是老战友、老同事，可说是通家之好，现在知道这个重要消息，立即驰告周勃和陈平。周勃打算先控制北军，但未得入。掌管符节的纪通在这关键时节倾向于周勃，令持节诈称天子之命让周勃进入北军。郦寄等人又遵照周勃的吩咐去劝说吕禄：“帝使太尉守北军，欲令足下之国，急归将军印辞去。不然，祸且起。”吕禄随即交出了印信，把兵权给了太尉周勃。
周勃进入军门，马上向北军宣布命令：“为吕氏右袒，为刘氏左袒。”全军都是左袒，周勃随即掌管北军，但还未控制南军。周勃命令刘章监守军门，命令曹窋告诉卫尉不要让吕产进入宫殿门。这时吕产还不知周勃已掌管北军，打算进入未央宫发动叛乱，到了殿门不得进入，来去徘徊。周勃知道这个情况后，还怕没有胜利的把握，不敢公开宣布诛除诸吕，只是对刘章说：“急入宫卫帝。”刘章带领周勃调给的一千士兵，冲入未央宫的掖门，发现吕产正在廷中，便发动攻击。吕产逃走。时已傍晚，天刮大风，随从吕产的官员大乱，没有一个敢于战斗。刘章追击吕产，杀之于郎中令官衙的厕所中。接着，刘章又杀了长乐卫尉吕更始。然后回到北军，向周勃报告。周勃非常高兴，说：“所患独产，今已诛，天下定矣。”又随即捕杀了吕禄及诸吕氏。同时，周勃与大臣们合谋，废除了由吕后安排而非惠帝所生的少帝，拥立代王刘恒为帝（文帝），齐王罢兵而去。
