Theo Đại Việt sử ký toàn thư, khi Lê Long Đĩnh còn tại vị, ở hương Diên Uẩn (châu Cổ Pháp) có cây gạo bị sét đánh, có chữ trên ấy. Sư Vạn Hạnh mới bảo Lý Công Uẩn rằng: Mới rồi tôi thấy chữ bùa sấm kỳ lạ, biết họ Lý cường thịnh, tất dấy lên cơ nghiệp. Nay xem trong thiên hạ người họ Lý rất nhiều, nhưng không ai bằng Thân vệ là người nhân từ được lòng dân, lại nắm binh quyền trong tay, đứng đầu muôn dân chẳng phải Thân vệ thì còn ai đương nổi nữa. Tôi đã hơn 70 tuổi, mong được thư thả hãy chết, để xem đức hóa của ông như thế nào, thực là cái may nghìn năm có một. Công Uẩn sợ câu nói ấy bị lộ, bảo người anh đem Vạn Hạnh giấu ở Tiêu Sơn.[4]
Cũng theo Toàn thư, có lần Lê Long Đĩnh ăn quả lê lại thấy hột lý, mới tin lời sấm ngữ, ngầm truy sát người họ Lý, nhưng Công Uẩn vẫn không bị hại. Theo An Nam chí lược, năm 1009, Lê Long Đĩnh mất, Thái tử còn bé, hai người em là Lê Minh Đề và Lê Minh Xưởng tranh cướp ngôi vua, bị Công Uẩn giết chết.[5]Chi hậu Đào Cam Mộc dò biết Công Uẩn muốn nhận ngôi, mới nhân lúc vắng nói khích Công Uẩn về việc tiếm ngôi. nhưng bị mắng. Cam Mộc thong thả bảo Công Uẩn rằng: Tôi thấy thiên thời nhân sự như thế mới dám phát ngôn. Nay ông lại muốn cáo giác tôi thì tôi không phải là người sợ chết. Công Uẩn nói: Tôi đâu nỡ cáo giác ông, chỉ sợ lời nói tiết lộ thì chết ráo, nên răn ông đó thôi. Hôm sau Đào Cam Mộc lại thuyết phục Công Uẩn tiếm ngôi, lại bàn với Thái hậu lập Công Uẩn lên làm vua[6].
Tượng đài Lý Thái Tổ tại trung tâm thành phố Bắc Ninh.
Trong Đại Việt sử ký tiền biên, sử gia Ngô Thì Sĩ có nêu ra việc dân gian đồn đoán rằng Lý Công Uẩn giết Lê Long Đĩnh để đoạt ngôi:
Có người hỏi Khai Minh vương hung hãn bạo ngược, Lý Thái Tổ địa vị danh vọng ngày một cao, trong ngoài đều là tâm phúc, Lý Thái Tổ rất căm phẫn trước tội ác giết anh cướp ngôi của Khai Minh vương, nhân lúc Khai Minh vương bệnh tật, sai người vào đầu độc giết đi rồi giấu kín việc đó, nên sử không được chép. Nếu quả như vậy, cũng là đạo trời hay báo, cho nên chép phụ vào đây để làm răn.
— Đại Việt sử ký tiền biên - Ngô Thì Sĩ
Lý Công Uẩn lên ngôi hoàng đế ngày 21/11/1009, đặt niên hiệu Thuận Thiên, nghĩa là "theo ý trời". Ông truy phong cha là Hiển Khánh vương, mẹ là Minh Đức Thái hậu, chú là Vũ Đạo vương, anh ruột là Vũ Uy vương, em ruột là Dực Thánh vương. Ông lập 9 hoàng hậu, con trưởng Lý Phật Mã được lập làm Thái tử. Các con trai khác cũng được phong vương. Đào Cam Mộc được phong Nghĩa Tín hầu và cưới công chúa Lý Thiềm Hoa, còn những người khác vẫn giữ chức cũ. Một người con gái khác là Lý Bảo Hòa được gả cho động chủ Giáp Thừa Quý.