绍治七年（1847年）九月，绍治帝驾崩，临终前向张登桂、武文解、阮知方、林维浃四人传遗诏，命皇次子阮福洪任继位，四人充辅政大臣。张登桂宣读遗诏，阮福洪任遂改名阮福时而继位，是为嗣德帝，张登桂随之升为勤政殿大学士、晋绥盛郡公。嗣德年间，张登桂的地位更加举足轻重，法国传教士对嗣德初年权力格局的报告是：

“从大约20年前开始，真正的君主就是张登桂。他有几个伙伴和两个竞争对手，剩下所有京官和外官都是他的孝子。他的伙伴不断减少，最后成了孤家寡人。两个竞争对手是阮登楷和阮知方，但张登桂已经巧妙地让这两人远离宫廷，必要的话也会有所让步。嗣德一继位，阮登楷就被外放北圻。因为要镇压煽动颠覆者和从广西越境而来的匪帮，所以其人选必须廉洁正直、得士人心，又要手腕一流、能力过硬。……另一方面，阮知方被外放南圻，当地机构残缺不全，居民族群复杂、无知而难以教化，又要时刻提防高蛮被暹罗吸收，如此种种对经略大使来说都是极为棘手之事。张登桂给这二人各授以‘东阁大学士’，自居‘勤政殿大学士’，掌管政府行政，得到了掌握人事任免的唯一领导的高位，所以只有他一人可以留在君主侧近。……年老的张登桂害怕阮知方密通宫廷，便在通往海云关的要道山麓修建了居所。这个居所监视着顺化与所有地方的联络。因为他已经支配这个国家，所以就唆使各地的许多官员嘲讽阮知方。此外，他还让人写讽刺诗，讽刺阮知方平时求战以邀功，一旦战争爆发，无力取胜，就只能求和。”

其叙述有些许错误，如阮登楷实际上在绍治末年就被调往北圻，绍治帝死后请求回京，被驳回。但张登桂权倾朝野则是毫无疑问的事实。嗣德五年（1850年），张登桂的儿媳妇安美公主家被盗，承天府官员阮瑨有“与盗串通”之嫌，管卫黎茂幸则有“知盗不解”之嫌，刑部认为还需进一步调查，但张登桂就已先行一步，奏请将阮、黎两人革职查办，都察院副都御史裴樻弹劾张登桂“专辄”，亦遭降职处分。从此事可以窥见张登桂权势之大。

当时，越南已面临西方入侵的危机，张登桂主张闭关锁国。嗣德元年（1848年）八月，有西洋船来沱灢（岘港）与越南贸易，嗣德帝本欲派尊室常前去接待，张登桂联合其他五部尚书阮知方、潘清简、阮登楷、林维浃、何维藩上书切谏道：“万国共球（共通“珙”，即珍奇异宝之意），四方玉帛，闻有贡献之名，未闻与外国而交商也。去年洋船无故侵犯官船（指绍治七年法国军舰炮击沱灢的事件），伤毙士伍，远近惊讶，中外之臣，若民人怀忿疾，而反与交商，则四邻其谓我何？况以有限之农功，易无穷之远货，岁岁不知几万，欲使民无饥寒，其可得乎？”请求嗣德帝让尊室常婉拒洋商，嗣德帝听从。法越战争期间，张登桂主张固守议和，在议和与修约交涉中又反对割地赔款。对内，他主张维持旧体制，反对变法，强调用人的重要性，认为：“法待人而行，就中如有弊者，亦由人为之弊，非法之过也。故曰得其人以行法，则为良。”法越战争后又以汉文帝用张释之、周亚夫、申屠嘉和宋仁宗用曹玮、狄青、王曾、韩琦、范仲淹、富弼等人为例，提醒嗣德帝要将用人放在首位，认为如此才能使国家中兴。

嗣德三年（1850年）大计，嗣德帝嘉赏张登桂“三朝硕辅”金磬一面。不久，张登桂上疏乞休，嗣德帝慰留不许。嗣德五年（1852年），张登桂与武文解、林维浃上疏请求解除辅政大臣一职，嗣德帝不许。同年冬天，张登桂等人再次请求还政，方获准许，但张登桂辞去八个职衔的请求则未获准。嗣德八年（1855年），张登桂以年高多病，再次请求致仕，嗣德帝不许。不久，张登桂又上疏，请求解除兵部尚书和兼管钦天监两个职衔，只给当嗣德帝老师和顾问，嗣德帝也不许。嗣德十三年（1860年）九月，张登桂又一次请求致仕，认为法国入侵三年，自己身为兵部尚书，对击退洋人一筹莫展，不能在朝中任职。嗣德帝要求张登桂继续留任，但普通事务不再由张登桂处理，重大事务则必须先报告给张登桂，询问张登桂的意见。嗣德十五年（1862年），张登桂又请致仕，嗣德帝依然慰留，但准许解除兵部职责。张登桂再次上疏，请求将自己降为尚书衔，褫夺郡公爵位，仍以伯爵身份留在京中担任顾问，嗣德帝不许。张登桂又请求只领一半俸禄，嗣德帝勉强答应。同年（1862年）十一月，张登桂七十大寿，嗣德帝赏赐御制诗一首：“遭逢兼德齿，均是古来稀。岂不念劳病？其如代者希！壮猷何暇老，同志莫相违。欲作耆英会，须看定两圻。”同时赏赐养老读书诸品项。其后，张登桂继续请求致仕，嗣德帝终于答应，张登桂得以返回广义故乡，时为嗣德十六年（1863年）三月。返乡那天，廷臣设祖席于香江渡口，皇亲公主也在仓山公客亭设宴饯别，赠诗不下千首，被认为是“我南邦一大韵事”。嗣德帝又命张登桂“有见闻与思虑所及军国大事者，驿以闻”。

嗣德十八年（1865年）二月，张登桂病逝，享年七十三岁。嗣德帝辍朝三日，追赠他为太师，赐谥号“文良”。本来明命帝早有遗训，让张登桂配享宗庙，但嗣德帝对张登桂在法国入侵后屡次请求辞职的行为非常不满，认为他“于忧辱之义（主忧臣辱），有所未合”，因而迟迟不予配享，要等到收复南圻后才行。《甲戌和约》缔结后，嗣德帝彻底承认了法国对南圻的占领，翌年（1875年）终于将张登桂附祀于世祖庙第七案。

张登桂是阮朝第一位国史馆总裁，他任内领衔监修《大南实录（大南寔录）》前编及正编第一、二、三纪（嘉隆、明命、绍治），该书是研究阮朝历史的基本史料。

张登桂先后有两位妻子，第一位是裴氏香，第二位是尊女氏玉梨，系福隆公阮福昇（尊室昇，阮福映之叔）之女。

张登桂有十二子九女，齿序长子张光柱（本名张登柱，后避建福帝讳而改登为光）为裴氏香所生，尚绍治帝之女安美公主。次子张光憻（本名张登憻）为尊女氏所生，“美风仪，能诗”，中法战争期间以宁太总督的身份在北圻抗法。后对法妥协，在成泰帝时成为辅政大臣。

法国传教士误传张登桂是嗣德帝的岳父，其实张登桂没有女儿嫁给嗣德帝，但确实与皇室联姻：裴氏香生的女儿张氏恕嫁从善王阮福绵审、妾室阮氏特生的女儿张氏盘嫁广宁郡王阮福绵宓。

张登桂有《张广溪先生集》传世。另外，张登桂于明命九年（1828年）奉命将漂流至日本的军人邓有杯等所转述的日本情况笔录为《日本见闻录》。

张登桂“鼻如悬腑，声若巨钟”，自幼聪颖，长大后游学顺化，到海云关，口占一联：“静对东溟惟有水，回看南岳更无山”，有人由此知道他有“台辅之器”。

张登桂博览群书，学识渊博，经常与阮福绵审、阮福绵定等皇亲国戚交流探讨文学，明命帝的归德、顺礼、赖德三位公主也常常将诗歌送给张登桂过目，自称女弟子。

《凤扣》（2020年越南电视剧），黄建安饰。