Lớn lên, Lê Hoàn theo giúp Nam Việt vương Đinh Liễn, tính tình phóng khoáng, có chí lớn. Sứ quân Đinh Bộ Lĩnh khen là người trí dũng, chắc thế nào cũng làm được việc, bèn giao cho cai quản 1 nghìn quân sĩ.[1]

Năm 968, Đinh Bộ Lĩnh lên ngôi, tức vua Đinh Tiên Hoàng, đặt quốc hiệu là Đại Cồ Việt. Năm 971, Đinh Tiên Hoàng bắt đầu quy định cấp bậc văn võ, tăng đạo. Đinh Đế lấy Nguyễn Bặc làm Định quốc công, Lưu Cơ làm Đô hộ phủ Sĩ sư, Lê Hoàn làm Thập đạo tướng quân, Tăng thống Ngô Chân Lưu được ban hiệu là Khuông Việt đại sư, Trương Ma Ni làm Tăng lục, Đạo sĩ Đặng Huyền Quang được trao chức Sùng chân uy nghi.[1]

Tháng 10 năm 979, Chi hậu nội nhân Đỗ Thích giết Đinh Tiên Hoàng và Nam Việt Vương Đinh Liễn ở sân cung. Định quốc công Nguyễn Bặc, Ngoại giáp Đinh Điền cùng Lê Hoàn rước Vệ vương Đinh Toàn lên ngôi hoàng đế và tôn mẹ Đinh Toàn là Dương Vân Nga làm Hoàng thái hậu.[1] Vệ vương Đinh Toàn lên ngôi khi mới 6 tuổi, Lê Hoàn làm nhiếp chính đảm đương việc nước, xưng là Phó vương. Định quốc công Nguyễn Bặc, Ngoại giáp Đinh Điền, Phạm Hạp nghi ngờ Hoàn sẽ làm điều bất lợi cho vua nhỏ, bèn dấy binh, chia hai đường thủy bộ, muốn tiến về Hoa Lư giết Lê Hoàn.

Lê Hoàn chỉnh đốn quân lữ, đánh nhau với Đinh Điền, Nguyễn Bặc ở Tây Đô[lower-alpha 1], Đinh Điền, Nguyễn Bặc bỏ chạy, đem quân thủy ra đánh. Lê Hoàn nhân chiều gió phóng lửa đốt thuyền chiến, chém Đinh Điền, bắt Nguyễn Bặc đóng cũi đưa về kinh sư, sau đem chém. Phạm Hạp được tin, mất khí thế, chạy về làng Cát Lợi ở Bắc Giang. Lê Hoàn đuổi theo, bắt sống Phạm Hạp mang về kinh sư.[1]

Nhà Tống xuất binh

Tháng 6 năm 980, Tri châu Ung của nhà Tống là Thái thường Bác sĩ Hầu Nhân Bảo dâng thư khuyên hoàng đế Tống Thái Tông nên lựa thời cơ nước Nam rối ren, vua còn nhỏ, đem quân chinh phạt. Vua Tống nghe theo.

Tháng 7 năm 980, nhà Tống lấy Hầu Nhân Bảo làm Giao châu lục lộ thủy lộ Chuyển vận sứ, Lan Lãng đoàn luyện sứ Tôn Toàn Hưng, Bất tác sứ Hác Thủ Tuấn, Yên bi khổ sứ Trần Khâm Tộ, Tả giám môn tướng quân Thôi Lượng làm Ung Châu Lộ binh mã Bộ thư, Ninh Châu Thứ sử Lưu Trừng, Quân khi khố Phó sứ Giả Thực, Cung phụng quan Cáp môn chi hậu Vương Soạn làm Quảng Châu Lộ binh mã Đô bộ thư, họp quân cả bốn hướng, hẹn ngày cùng sang chinh phạt nước Nam.[1]

Lên ngôi vua

Nhận tin quân Tống chuẩn bị xâm lược, Thái hậu sai Lê Hoàn chọn dũng sĩ đi chiến đấu, lấy người Nam Sách Giang là Phạm Cự Lạng làm Đại tướng quân. Khi triều đình đang bàn kế hoạch xuất quân, Phạm Cự Lạng cùng các tướng quân khác đều mặc áo trận đi thẳng vào Nội phủ, nói với mọi người: "Thưởng người có công, giết kẻ trái lệnh là phép sáng để thi hành việc quân. Nay chúa thượng còn trẻ thơ, chúng ta dẫu hết sức liều chết để chặn giặc ngoài, may có chút công lao, thì có ai biết cho? Chi bằng trước hãy tôn lập ông Thập đạo làm Thiên tử, sau đó sẽ xuất quân thì hơn". Quân sĩ đều hô vạn tuế.[1]

Thái hậu thấy mọi người vui lòng quy phục bèn sai lấy áo long cổn khoác lên người Lê Hoàn, mời lên ngôi Hoàng đế. Từ đó ông lên ngôi hoàng đế, đổi niên hiệu là Thiên Phúc năm đầu (980), giáng phong Đinh Toàn làm Vệ vương. Lê Hoàn còn truy phong cha làm Trường Hưng vương và mẹ họ Đặng làm Hoàng thái hậu.[1]