汉武帝的托孤大臣有四位，首席大臣是大司马大将军霍光，另外三位是，车骑将军金日磾，左将军上官桀，御史大夫桑弘羊。
霍光和金日磾(mi di)的生平等 可参看《汉书·卷六十八霍光金日磾传第三十八》
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桑弘羊
汉武帝时大臣。一说生于景帝后元三年(前141)。洛阳人。出身商人家庭，自幼有心算才能，以此13岁入侍宫中。自元狩三年(前120)起，终武帝之世，历任大司农中丞、大司农、御史大夫等重要职务，与担任大农丞的大盐铁商东郭咸阳、孔仅二人深得武帝宠信。元狩年间以后，在桑弘羊的参与和主持下，先后实行了盐、铁、酒官营，均输、平准、算缗、告缗，统一铸币等经济政策。此外，还组织了60万人屯田戍边，防御匈奴。这些措施都在不同程度上取得了成功，暂时缓解了经济危机，史称当时“民不益赋而天下用饶”。桑弘羊以此赐爵左庶长。武帝后元二年(前87)，桑弘羊由搜粟都尉迁任御史大夫，与霍光、金日殚、上官桀四人同受遗诏辅佐昭帝。始元六年(前81)，昭帝召集各地贤良文学至长安，会议盐铁等国家大事。贤良文学反对盐铁官营和均输平准等与民争利的政策，力主改弦更张，桑弘羊与之展开辩论。由于桑弘羊的坚持和封建国家财政方面的需要，当时除废止酒类专卖改为征税外，盐铁官营等各项重要政策仍沿袭不变。次年，桑弘羊因与霍光政见发生分歧，被卷入燕王旦和上官桀父子的谋反事件，结果被处死。
上官桀
上官桀，西汉陇西上邽人，约武帝、汉昭帝时人。武帝时任太仆。后来上官桀密谋欲废昭帝，但事情败露，被诛族灭。有子上官安，孙女上官氏为汉昭帝的皇后。少时为羽林期门郎，因深受武帝的信任及赏识，先被封为太仆，后又升迁至左将军，武帝死后，在遗诏里封金日磾为秺侯，上官桀为安阳侯，霍光为博陆侯，但上官桀等人均不受。
除此之外，武帝亦令金日磾、上官桀等人辅佐年少的汉昭帝。上官桀与霍光友好，霍光将其女嫁给上官桀的儿子上官安，但是后来，上官安仗着自己为霍光的女婿以及己身的势力，将其女儿上官氏送入宫中，为婕妤，上官安则成了骑都尉。上官氏入宫不久，被立为皇后，但过不了多久，昭帝驾崩，上官氏也成了太皇太后，直到寿终。
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霍光
应该说汉武帝的眼光不错，虽然他的托孤大臣中有一半后来翻了船，成为汉王朝的罪臣，但霍光却是个难得的忠良贤者，汉武帝儿子刘弗陵(汉昭帝)8岁继位(公元前86年)，21岁病死(公元前74年)，执政期间得到了霍光的全力辅佐，昭帝无后，他死后，霍光立汉武帝的孙子刘贺为帝，刘贺荒淫无度，霍光与大臣们奏明皇太后，废刘贺，另立汉武帝的曾孙刘询为帝，这就是汉宣帝。霍光辅政前后达十三年，始终执行“与民休息”的政策，稳定了汉朝的统治，恢复和发展了社会经济。汉宣帝地节二年(公元前68年)霍光病逝。
同样作为托孤大臣的上官桀和桑弘羊却晚节不保，他们因霍光专心朝政，未能满足他们的私利而逐渐对霍光产生怨恨之情，上官桀有两件事对霍光不满。一是他想把孙女立为昭帝的皇后，二是他想帮助盖长公主(汉武帝的女儿，刘弗陵的姐姐)的相好丁外人封候，都因遭到霍光的反对而未成，后来还是由于盖长公主的帮助，他的孙女才被立为皇后，又使他的儿子上官安当上了骠骑将军。
桑弘羊也是因为他的弟子封官晋爵之事遭到霍光反对而怨恨霍光。汉武帝的哥哥燕王刘旦当时还活着，因未能继承皇位也对霍光不满，把霍光当作向皇位迈进的绊脚石。
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上官桀，桑弘羊，盖长公主就密谋假借燕王刘旦的名义上书弹劾霍光专权，图谋不轨。一时间朝中许多势利小人纷纷附合，一起诬告诽谤霍光。小皇帝刘弗陵颇有主见，识破了坏人的诡计，公开给霍光撑腰打气。盖长公主他们见阴谋败露，就想杀人灭口，一边由盖长公主设宴请霍光入宫赴宴，准备席间刺杀霍光，同时派人通报燕王刘旦，准备迎他入京当皇帝。霍光预先得到了这个消息，立即报告了小皇帝刘弗陵，汉昭帝下令火速捕杀了上官桀父子，桑弘羊，丁外人等大臣。燕王刘旦和盖长公主也都畏罪自杀。
金日磾
在汉武帝的托孤大臣中，金日磾(mi di)是个颇为独特的人。他本是匈奴休屠王太子，十四岁那年被骠骑将军霍去病掳入汉宫，从此成为汉宫中的马奴，因为马养得好，酷爱马的汉武帝便授予他马监职务，后升任侍中、驸马都尉、光禄大夫、车骑将军，成为汉朝大臣中的二号人物。金日磾(mi di)自侍奉汉武帝以来，恭敬谨慎，态度严肃，几十年如一日。后因功被封为秺侯。金日磾(mi di)庄重朝仪而大义灭亲，忠心护驾而以身相拼，辅佐少主而鞠躬尽瘁，一个匈奴人，身上具备的是诸多为后人所称道的华夏道义，倒比被汉武帝生前比作周公的霍光更像周公。他的子孙后代从此累世在朝廷为官，传历七代。汉昭帝始元元年九月(前86年)，辅政了一年多的金日磾病重不治而世。享年四十九岁，大汉朝廷为他举行了隆重的国葬，陪葬茂陵，谥号“敬侯”。