Quando o marido, Dom Pedro, Príncipe-Regente, viajou a São Paulo em agosto de 1822, para apaziguar a política (o que culminaria na proclamação da independência do Brasil em setembro), D. Leopoldina exerceu a regência. Grande foi sua influência no processo de independência. Os brasileiros já estavam cientes de que Portugal pretendia chamar D. Pedro de volta, rebaixando o Brasil outra vez ao estatuto de simples colônia, em vez de um reino unido ao de Portugal. Havia temores de que uma guerra civil separasse a Província de São Paulo do resto do Brasil. D. Pedro entregou o poder a D. Leopoldina a 13 de agosto de 1822, nomeando-a chefe do Conselho de Estado e Princesa Regente Interina do Brasil, com poderes legais para governar o país durante a sua ausência e partiu para apaziguar São Paulo.
A princesa recebeu notícias que Portugal estava preparando ação contra o Brasil e, sem tempo para aguardar o retorno de D. Pedro, D. Leopoldina, aconselhada por José Bonifácio de Andrada e Silva, e usando de seus atributos de chefe interina do governo, reuniu-se na manhã de 2 de setembro de 1822, com o Conselho de Estado, assinando o decreto da Independência, declarando o Brasil separado de Portugal. A imperatriz envia-lhe uma carta, juntamente com outra de José Bonifácio, além de comentários de Portugal criticando a atuação do marido e de Dom João VI. Ela exige que D. Pedro proclame a Independência do Brasil e, na carta, adverte: "O pomo está maduro, colhe-o já, senão apodrece".
O oficial chegou ao príncipe no dia 7 de setembro de 1822. Leopoldina enviara ainda papéis recebidos de Lisboa, e comentários de Antônio Carlos Ribeiro de Andrada, deputado às Cortes, pelos quais o Príncipe-Regente se inteirou das críticas que lhe faziam na Metrópole. A posição de D. João VI e de todo o seu ministério, dominados pelas Cortes, era difícil.
Enquanto se aguardava o retorno de D. Pedro, Leopoldina, governante interina de um Brasil já independente, idealizou a bandeira do Brasil, em que misturou o verde da família Bragança e o amarelo ouro da família Habsburgo. Outros autores opinam que Jean Baptiste Debret, o artista francês que desenhou o que via no Brasil dos anos 1820, foi o autor do pavilhão nacional que substituía o da vetusta corte portuguesa, símbolo da opressão do Antigo Regime. Deve-se a Debret o projeto da bela bandeira imperial, em colaboração com José Bonifácio de Andrada e Silva, em que o retângulo verde dos Bragança representava as florestas e o losango amarelo, cor da dinastia Habsburgo-Lorena, representava o ouro.
Foi coroada imperatriz em 1 de dezembro de 1822, na cerimônia de coroação e sagração de D. Pedro I.
