Trong cung, Hứa hoàng hậu và Ban Tiệp dư, 2 người được Hán Thành Đế sủng ái đều không có con, đâm ra chán nản. Cùng với sự khuyến khích của Vương Thái hậu cùng quần thần, ông còn không thương xót chuyện ly tán người thân trong thiên hạ, ra lệnh bắt bằng đủ 3000 mỹ nữ đưa vào hậu cung để có người nối dõi.

Năm 19 TCN, sau lần đến phủ Dương A công chúa (陽阿公主), ông gặp được 1 ca nữ tuyệt sắc là Triệu Phi Yến cùng người em cũng xinh đẹp không kém Triệu Hợp Đức, ngay lúc đó Hán Thành Đế đã say đắm cả hai người và đưa vào cung phong làm Phi tần. Hứa hoàng hậu và Ban tiệp dư đều bị thất sủng.

Năm 18 TCN, chị của Hứa Hoàng hậu là Hứa Yết trù ẻo Đại tướng quân Vương Phượng, Vương Thái hậu tức giận cho điều tra, cùng với hai chị em họ Triệu tố cáo, Hứa hoàng hậu bị tra ra tội trù yếm bùa chú trong cung. Vương Thái hậu sau đó ép Thành Đế phế truất Hứa hoàng hậu. Ban Tiệp dư lo sợ mình sẽ lại bị hại như Hoàng hậu, bèn tìm đến Trường Tín cung của Thái hậu, xin hầu hạ nơi đấy, tránh xa Hậu cung. Từ đấy họ Triệu độc sủng hậu cung. Hán Thành Đế muốn phong Triệu Phi Yến làm Hoàng hậu, nhưng do thân phận ti tiện, xuất thân hàn vi nên Vương thái hậu không đồng ý. Đến năm 16 TCN, sau nhiều lần thuyết phục và gia phong cho cha của Triệu Phi Yến, Thái hậu cũng đồng ý lập Triệu Phi Yến làm Hoàng hậu, em gái Triệu Hợp Đức cũng được phong làm Chiêu nghi. Từ đấy Hán Thành Đế chỉ sủng hạnh hai chị em họ Triệu, cùng họ xa hoa hưởng lạc. Ông cho xây Chiêu Dương cung (昭陽宮), rất tốn kém và huy động hàng chục vạn dân phu xây lăng mộ rất lớn và xa hoa cho mình trong hàng chục năm. Cũng vì ỷ sủng mà sinh kiêu, Triệu Hợp Đức ra sức giết chết các cung tần có thai với Hán Thành Đế, dần khiến Thành Đế đoạn tử tuyệt tôn, trở thành vấn đề nhứt nhối của ông.

Năm 9 TCN, do không có con trai, Hán Thành Đế bèn triệu em trai là Trung Sơn vương Lưu Hưng và cháu trai là Định Đào vương Lưu Hân về Trường An, hòng chọn người kế vị. Bà nội của Lưu Hân là Đinh Đào Phó Thái hậu, đã diện kiến Triệu Hoàng hậu cùng những hòm châu báu, mong Hoàng hậu nói giúp với Hán Thành Đế lập cháu mình đăng ngôi, quả nhiên sau đó Hán Thành Đế lập Lưu Hân làm Thái tử.