Năm Cảnh Đế Hậu Nguyên thứ 3 (141 TCN), Hán Cảnh Đế Lưu Khải băng hà tại Vị Ương cung, thọ 47 tuổi. Thái tử Lưu Triệt lên nối ngôi, tức là Hán Vũ Đế. Bà được tôn là Thái hoàng thái hậu, trở thành vị Thái hoàng thái hậu thứ hai của triều đại (trước đó là Bạc Thái hoàng thái hậu)[38]. Tuy nhiên, Sử ký Tư Mã Thiên vẫn chỉ gọi [Đậu thái hậu].

Đậu thái hậu khi trở thành Thái hoàng thái hậu, càng tích cực can dự vào chính sự, không để vị Hoàng đế trẻ này một ngày nào tự mình quyết đoán. Khi nghe tin Hán Vũ Đế rất chuộng Nho giáo, Thái hậu rất không hài lòng, nên lấy lý do đó mà bắt Hoàng đế phải hỏi qua mình rồi mới quyết định chính sự. Với tư cách là một Thái hoàng thái hậu, Đậu thị rất ảnh hưởng đến quyết định chính trị của Hán Vũ Đế, do vậy bà luôn tìm cách hạn chế Nho giáo, thúc đẩy trường phái mà mình yêu thích là Đạo giáo, ngoài ra nhiều lần đưa ra ý kiến cho Hoàng đế trong việc quản lý chính sự.

Năm Kiến Nguyên nguyên niên (140 TCN), Hán Vũ Đế tiến hành tân chính. Bởi vì một loạt động tác ảnh hưởng tới ích lợi của nhóm cao môn vọng tộc, lời dèm pha đều bôi nhọ Ngụy Kỳ hầu Đậu Anh, một trong những người đi đầu cho Tân chính đồng thời còn là cháu họ của Đậu thái hậu. Lời truyền về hành động của Đậu Anh cứ thế truyền đến tai Thái hậu khiến bà càng không vui, do quan niệm chính trị của nhóm Tân chính hoàn toàn khác với chủ trương Hoàng lão học thuyết của bà. Năm thứ 2 (139 TCN), Ngự sử đại phu Triệu Oản (赵绾) cùng Lang trung lệnh Vương Tang (王臧), nghênh Nho học sĩ trứ danh Thân Bồi (申培), đương thời gọi là "Thân Công", tới Hán triều. Các đại thần tân chính chủ trương cũng kiến nghị thay đổi pháp chế, tiến hành thiết Minh đường (明堂), sửa lịch dễ phục, hành Phong thiện (封禅) đại lễ, còn kiến nghị chính sự “Không cần mọi chuyện chờ lệnh Thái hoàng thái hậu”. Đậu thái hậu nghe xong, nổi trận lôi đình, tìm được lỗi của các Triệu Oản, Vương Tang mà trách phạt, khiển Hoàng đế giam bọn họ vào ngục. Cả hai đều tự sát trong ngục. Ngoài ra, Thừa tướng Đậu Anh cùng Thái úy Điền Phần đều bị bãi chức[39][40][41]. Dù có thay đổi ít nhiều về ý thức hệ những năm đầu Hán Vũ Đế cai trị, song nhìn chung vẫn giữ nguyên mô hình ổn định từ thời Văn Cảnh chi trị, cho đến khi Đậu thái hoàng thái hậu qua đời thì mới hoàn toàn thay đổi[39][40][41].

Năm Kiến Nguyên thứ 6 (135 TCN), tháng 5, ngày Đinh Mão, Thái hoàng thái hậu Đậu thị băng hà, không rõ bao nhiêu tuổi. Thụy hiệu là Hiếu Văn Hoàng hậu (孝文皇后), hợp táng cùng Hán Văn Đế tại Bá lăng (霸陵). Theo di chiếu, bà đem toàn bộ tiền tài phú quý cho con gái duy nhất là Quán Đào Thái trưởng công chúa Lưu Phiếu[42]. Tính từ khi về Trường An đăng ngôi Hoàng hậu đến khi qua đời ở thời đại cháu nội Hán Vũ Đế, Đậu thái hậu đã sống trong hoàng cung nhà Hán được 45 năm.