А пока стрельцы настаивали на том, чтобы оба царевича были провозглашены царями, а Софья — регентшей при них. «Нельзя ее обвинять в создании стрелецкого мятежа, но трудно было бы ждать от нее, чтобы она этим мятежом в своих видах не воспользовалась», — замечает биограф Софьи.
В конце концов, после множества убийств и бесчинств, которые совершали стрельцы, «добиваясь справедливости», нашли компромисс, который хотя бы на словах примирил обе враждующие партии. Царями провозгласили сыновей покойного государя от обоих браков — Ивана («старший» царь) и Петра («младший»).
Как регентша при малолетних братьях, Софья, «по многом отрицании, согласно прошению братии своей, великих государей, склоняясь к благословению святейшего патриарха и всего священного собора, призирая милостивно на челобитие бояр, думных людей и всего всенародного множества людей всяких чинов Московского государства, изволила восприять правление…». Царевна должна сидеть с боярами в палате, выслушивать доклады думных людей о государственных делах, и ее имя будет стоять во всех указах рядом с именами царей.
Равновесие, однако, оказалось неустойчивым: Наталья Кирилловна понимала, как выгодна была бы сторонникам Софьи смерть малолетних соправителей, и берегла их пуще собственного глаза. Неслучайно политические противники прозвали царицу «медведицей».
Регентша немедленно сформировала свой «кабинет министров», раздавая государственные посты своим приближенным: боярам князьям В. В. Голицыну, И. М. Милославскому, И. Б. Троекурову, В. С. Волынскому, И. Ф. Бутурлину, Н. И. Одоевскому, Ф. С. Урусову, окольничим И. П. Головнину, И. Ф. Волынскому, М. С. Пушкину, стольникам князю А. И. Хованскому, князьям М. и В. Жировым-Засекиным, думным дворянам В. А. Змееву, Б. Ф. Полибину, А. И. Ржевскому, И. П. Кондыреву, думным дьякам В. Семенову, Е. Украинцеву. Она опиралась в основном не на родовитых бояр, а на «служилых людей», дворян.
Осенью 1682 года, перед самой коронацией царевичей, в Москве вспыхнул новый бунт — на этот раз недовольство высказывали старообрядцы. Им удалось снова возмутить стрельцов. Царскую семью и двор уведомили, что если кто-то из них заступится за церковные власти, то всем, начиная с юных царей, «от народа не быть живым». Софья усмирила бунт раскольников, действуя то хитростью, то силой. Она смело назначила «прение о вере» в Грановитой палате и там, втянув расколоучителей в яростный спор, продемонстрировала выборным стрельцам, что их новые лидеры — просто смутьяны и скандалисты. Прения затянулись до вечера, а ночью расколоучители, у которых почти не осталось сторонников, были схвачены и вскоре казнены.
Но Софья оказалась не только ловким политиком, умело соблюдающим баланс между различными партиями, но и талантливым экономистом. При ней в России утвердили единые стандарты мер и весов (1686 г.) и государственный тариф на ямские перевозки (1688 г.). Софья и ее сподвижники, Василий Голицын и Федор Шакловитый, совершенствовали систему законов по защите имущества подданных. Возглавляемый Голицыным Посольский приказ заключил выгодные договоры с Данией и Швецией, укрепил связи России с Францией, Англией, Голландией, Испанией, Священной Римской империей германской нации, папским престолом, мелкими государствами Германии и Италии. Русские войска вели битвы с турками в Крыму и на Азове.
Голицын сопровождал войска, а Софья писала своему любимцу трогательные письма: «Свет мой братец Васенка, здравствуй батюшка мой на многие лета и паки здравствуй, Божиею и Пресветыя Богородицы и твоим разумом и счастием победив агаряны, подай тебе Господи и впредь враги побеждати, а мне, свет мой, веры не имеется што ты к нам возвратитца, тогда веры пойму, как увижю во объятиях своих тебя, света моего. А что, свет мой, пишешь, чтобы я помолилась, будто я верна грешная перед Богом и недостойна, однако же дерзаю, надеяся на его благоутробие, агце и грешная. Ей всегда того прошю, штобы света моего в радости видеть. Посем здравствуй, свет мой, о Христе на веки неигцетные. Аминь».