道光皇帝共有後妃二十多人，先後給他生了十個公主和九個皇子。其中，皇長子奕緯，死於道光十一年（公元1831年），年二十三歲，皇二子奕綱、皇三子奕繼也過早夭折。皇四子奕詝，生於道光十一年，是皇長子奕緯死後的兩個月。皇五子於道光二十六年（公元1846年）過繼給嘉慶第三子綿愷為嗣，襲郡王位。皇六子奕訢，是諸皇子中頗受道光鍾愛的一個。道光晚年，又陸續得了皇七子、皇八子和皇九子，但都年幼無知。
道光皇帝即位後，並沒有按清朝慣例馬上著手秘密立儲。他為什麼沒有將皇長子奕緯立為嗣君，至今仍是一個無人能解之謎。道光皇帝晚年才想起立儲，從道光皇帝后來在立儲時，極為謹慎的性格來看，可以這樣進行推論，他是希望在決定接班人時，有更多的挑選機會。因為奕緯之後，二子、三子幼殤，可以選擇的嗣君只有奕緯一個人，是否立儲並沒有意義可言。道光十一年後，隨著奕緯的離世，幾個小皇子的出生，道光皇帝才面臨著立儲，這個本應早就解決的問題，在奕詝為長的幾個兒子中，道光皇帝最看重的主要是皇四子和皇六子。
生於道光十二年（公元1832年）的奕訢，母親為道光妃博爾濟吉特氏。奕訢六歲時，道光皇帝專門為他配備了老師進行正規教育，他聰敏好學，漸漸在文化課程和騎射訓練中，比其他皇子接受更快。奕訢在眾皇子中，與皇四子奕詝關係最為密切，兩人僅差一歲，同在上書房讀書，同接受武藝教育，兄弟感情篤深。奕詝自六歲入學，道光皇帝為他挑選的老師是以公忠正直著稱的杜受田。杜受田對奕詝的學習要求十分嚴格，朝夕納誨，連續十多年，使奕詝養成了賢惠正直的性格。道光二十年（公元1840年），奕詝的母親鈕祜祿氏因病去世，才十歲的奕詝，就由奕訢母親博爾濟吉特氏撫養，兩兄弟天天生活在一起。兩人好學鑽研，經史子集張口能背，模仿前人寫幾句古詩也像模像樣。兩人天天一起練習武藝，奕訢還在武林高手的指導下，創制出槍法二十八式，刀法十八式。道光皇帝見此萬分欣喜，特地賜其槍為“棣華協力”，並賜其刀為“寶鍔宣威”，同時，還把自己的一把白虹刀送給他作為禮物、道光皇帝后期，一考慮到立儲，他的眼光始終轉在奕詝和奕訢兩人身上，但又躊躇不決。因為，論文韜武略，奕訢在奕詝之上，而論人品，奕詝品行端正，而且在三個哥哥死後又成為長子，道光左右為難，猶豫難定。
後來，道光皇帝為什麼決定把皇位傳給奕詝呢？正當道光皇帝頗費心思之際，出現了兩件小事，兩個皇子的不同表現，使道光皇帝最後做了定奪。有一件事是記載在《清史稿》的《杜受田傳》中，清朝皇帝每年都在南苑進行打獵，道光皇帝也不列外。道光晚年的一天，南苑校獵又舉行了，道光皇帝帶了眾皇子到南苑騎馬賓士。眾皇子也可以藉此機會在父皇面前好好表現一番，以顯示自己高強的武藝。奕訢從小擅長刀槍射箭，今天為了在父親面前展示自己的特長，更是使出渾身解數，勇猛衝突，箭無虛發。校獵結束後，諸皇子在道光皇帝面前紛紛出示自己的戰績，奕詝卻不慌不忙地答道：父皇，現在是萬物甦醒的春天，鳥獸開始繁衍孕育，我不忍心傷害這些生靈，來違反萬物的生長規律。奕詝的這番話，讓道光皇帝十分高興，不由讚歎道：這些正是皇帝應該講的話。奕詝仁義道德的言論，與道光皇帝的傳統和標準比較接近，使道光皇立儲的天平明顯傾向了奕詝。
另外有一種說法與上面的這件事大體相同，也是談到了道光皇帝是如何在奕詝和奕訢兩人中分出高下的。清人筆記說，奕詝的老師是杜受田，奕訢的老師是卓秉恬。道光皇帝晚年生病時，有一天，想召見二位皇子，打算透過最後考察以決定把皇位傳給誰。兩位皇子也知道即位已到最後關頭，於是，問計於自己的老師如何在父皇面前表現一番。卓秉恬告訢奕訢說：如果父皇問你什麼事，你就知無不言，言無不盡。卓秉恬這樣講的意圖實際上很明顯，因為奕訢人很聰敏，反應也快，知識豐富，他完全可以憑藉自己的才華壓倒奕詝。而杜受田分析了兩位皇子的實際情況後，認為皇四子應該揚長避短，用自己的特長來使道光皇帝產生好感。他對奕詝說：如果你的父皇問起國家政事，你在這方面的才識智慧是遠遠不能與皇六子相比的。要取勝，只有一個辦法，那就是當父皇在談及自己年老多病，可能不久於帝位時，你什麼也不用說，只要一個勁地伏跪流淚，表現出你對父皇的孺慕真誠。道光召見時，奕詝就按著老師的話去做了，道光心裡很高興，他認為奕詝這個人實在太仁孝了，於是決定將皇位傳給奕詝。
上面兩種說法可能有虛構的成分，如根據《清史稿》，卓秉恬實際上並沒有任奕訢的老師，故事的內容情節也不同，但所闡述的道理是一致的。即打著仁孝賢惠旗號的皇四子奕詝，在多次競爭中，擊敗了才智聰穎但急於表現自己的皇六子奕訢，最後被立為儲君。
不過，還有一種說法是，道光皇帝最初已立奕訢為儲，但後來又改變了。《清稗類鈔》中說：道光晚年倦於政事時，就想到要立皇儲了，他見皇子中恭王奕訢最為成皇后寵愛，所以打算立他為儲。他事先寫好了奕訢的名字，放置在乾清宮正大光明匾後。有一個太監在旁邊偷偷看著道光皇帝寫字的樣子，見到最後一筆特別長，就懷疑道光皇帝寫的名字就是奕訢。太監便將這件事講給大家聽，道光立奕訢為儲君的訊息就傳開了。道光皇帝聽到後，十分氣惱，就把鐵盒重新取下來，更換了奕詝的名字。照這種說法，奕詝得到皇位，完全出於偶然，道光皇帝本意是選擇奕訢，因其事外洩，才改為奕詝。此事的真相其他史書上沒有記載，今天已很難查實，但奕訢有寵，且有希望繼立為君，應該是事實，兩人的被立機會是一樣的。
道光二十六年（公元1846年）六月十六日，道光皇帝正是秘密立儲。道光皇帝在一張9。5公分長，1。6公分寬的四摺紙上，用紅筆以滿漢文字合書“皇四子奕詝立為皇太子”，同時，又以漢字書“皇六子奕訢封為親王”。寫完後，道光用兩層顏色略有深淺的黃紙包好。裡面的那層黃紙背面用紅筆寫著“道光二十六年六月十六”字樣，並有親筆簽名。外層黃紙的背面用紅筆寫著滿文“萬年”字樣，道光又簽上自己的名字。這件大事做好後，道光皇帝又書寫了遺諭兩份，交代身後要辦的事情。道光皇帝的立儲御書和遺諭分別被密封在兩個匣子內。收藏立儲的匣子又稱鐍匣，鐍匣的三面啟扣處全貼了封條，兩端封條上都有道光皇帝的親筆簽名，正面封條上也有道光皇帝的親筆簽名和親書“道光二十六年立秋”字樣。裝有道光皇帝的立儲遺書和遺諭的兩個匣子至今仍還儲存著，它們是國內目前發現的唯一一份可窺見清代秘密立儲制度的實物。道光之後的皇帝，已沒有實行秘密立儲，因此它的價值十分重大。
道光三十年（公元1850年）正月十四日，道光皇帝即將走完他的人生，他在圓明園召見了大臣載垣、瑞華、僧格林沁等人，讓總管內務府大臣文慶等，在眾大臣面前開啟小匣子，宣示御書、遺諭。同時，宣示了一份道光皇帝的親筆硃諭。這份硃諭是道光皇帝病重時在圓明園慎德堂書的。其內容為：“皇四子奕詝著立為皇太子，爾王大臣等何待朕言，其同心贊輔，總以國計民生為重，無恤其他。”這樣，從法律上講，道光皇帝將奕詝扶上了帝位，任何人不可能也不應該產生異議。
道光皇帝去世後，奕詝登基稱帝，改元為咸豐，史稱咸豐皇帝。
