昆阳大捷后，新市、平林诸将以刘绩、刘秀兄弟威名益盛，阴劝刘玄杀掉刘縯。刘绩寅部将刘稷勇冠三军，对刘玄立为皇帝，心中不服。刘玄封刘稷为抗威将军，刘稷不肯接受，刘玄乃与诸将陈兵数千人收捕刘稷，将要斩首，刘绩寅固争，因与刘稷一并被诛杀。刘秀闻讯，心自不安，立即含悲忍泪，从城父（今河南宝应县东）赶到宛城，向新市、平材诸将谢罪。刘秀迫于形势，不敢为刘多寅服丧，饮食言笑如平时，以此取得刘玄的信任，被封为破虏大将军。虽然如此，从刘绩被杀之日起，刘秀无日不在策划脱离农民军的队伍，独树一帜。更始元年（23）十月，刘玄北都洛阳后，以刘秀行大司马事，持节北渡河，镇抚诸郡。
刘秀
当刘秀北徇河北时，河北地区形势异常复杂。这里既有以铜马为首的几百万农民军，也有同起义军为敌和观望自守的地主武装，另外还有拥有实力、据守城邑、无所归依的王莽所置官吏。刘秀知道，要平定河北，必须剿灭农民军；要剿灭农民军，必须要获得城市以为军事据点。因此，他一渡黄河，便打起大司马的旗号，所到之处，“辄平遣囚徒，除王莽苛政，复汉官名”，从而取得吏民的支持，“争持牛酒迎劳”。正当刘秀兴高采烈之时，突然传来一个意外的消息：卜者王郎在当地土豪的支持下，称帝于邯郸。这个割据势力由于谎称为赤眉拥立和诈称成帝子子舆，发展极为迅速，以至“赵国以北、辽东以西，皆从风而靡”。王郎移檄通缉刘秀，刘秀以王郎新盛，乃北徇蓟（今北京市）。更始二年（24）初，刘秀为了逃避王郎的拘捕，狼狈地逃出蓟县，在风雪交加中，驰驱于饶阳、下曲阳和下博途中。在饶阳传舍，为取得一餐，还冒充过王郎的使臣，险些被捕。
当时河北郡国皆已降王郎，惟独信都（今河北衡水东）太守任光，和戎（王莽分信阳为和戎，居下曲阳）太守邳肜（音容）不肯从。刘秀走信都，任光、邳肜来会。刘秀拜任光、邳肜为大将军。刘秀以信都为根据地，移檄边郡，共击邯郸，郡县还复响应。豪族刘植、巨鹿大姓耿纯各率宗族宾客数千人归附刘秀，合兵攻陷下曲阳（今河北曲阳县），于是有兵数万人，连陷新市、真定、元氏、防子等地，进而与王郎的大将李育在柏人（今河北隆尧西）发生了遭遇战。正当此时，上谷（郡治今河北怀来东南）太守耿况、渔阳（郡治今北京密云西南）太守彭宠，各遣其将吴汉、寇恂率领大队骑兵来会。上谷、渔阳是西汉边郡要塞，天下精兵荟萃之地，特别是骑兵中的鸟桓骑士，最能冲锋陷阵，素有“突骑”之称。两郡的归附，大大增强了刘秀的军事力量。接着，更始帝也派遣尚书仆射谢躬带兵来讨伐王郎。于是刘秀乃大飨士卒，连兵进攻王郎，五月，攻破邯郸，王郎乘夜逃走，刘秀使王霸追斩之。
古代瓷器
刘秀击斩王郎，声势大震于河北。刘秀势力的不断发展，引起更始帝的不安。为了安抚刘秀，刘玄特派人封他为萧王，令其罢兵回长安。刘秀辞以河北未平，不肯就征。从此刘秀与更始分道扬镳，在河北独立地发展自己的势力，并进行一系列建立地主政权的活动。更始二年（24）秋，刘秀亲统大军击铜马于（音敲，今河北束鹿东）。又命吴汉率“突骑”来会清阳（今河北清河东南），企图一举歼灭河北的农民军。铜马军顽强地抗击了刘秀的进攻，迫使刘秀大军只能“坚营自守”，采取封锁政策。后来铜马军由于粮道断绝，饥不得食，不得不撤退，在逃遁途中，被刘秀军追至馆陶（今属河北）击破。铜马军余部和高湖、重连两部会合，与刘秀大战于蒲阳（即蒲阳山，在今河北完县西北）。结果因为高湖、重连等农民军领袖背叛了群众，大部分饥民被改编为刘秀的创业之军。刘秀将这支大军分隶诸将统领，形成一支几十万人的队伍，大大地壮大了自己的力量。当时“关西号光武为铜马帝”。所谓“铜马帝”，即“贼帅”的别称，而刘秀正是凭借这支农民军争衡天下的。明年，刘秀又于元氏、右北平、安次、渔阳诸地，连续击破了尤来、大枪、五幡等支农民军。这些军事活动，使刘秀不断扩大自己的势力，占据河北广大地区。
正当此时，更始政权已呈现了分崩离析的局面，强大的赤眉军已开始向长安进军。刘秀估计到赤眉军必然能够攻克关中，占领长安，因而采取鹬蚌相争，渔人得利的策略。他派邓禹率六裨将，引兵西向，以乘更始、赤眉之乱；同时遣大将冯异扼守孟津（今河南孟津东北），以拒洛阳。为了巩固河北北部的占领，刘秀又自徇燕赵。此外，为了保守根据地及粮饷的来源，又命寇恂留守河内（郡治在今河南武陟西南）。经过这样一番部署，可谓攻守成宜，进退自如，刘秀实现自己政治野心的时机已经到来。当时，河北诸将议为刘秀上尊号，刘秀谦辞说：“寇贼未平，四面受敌，何遽欲正号位乎！”耿纯进曰：“天下士大夫捐亲戚，弃土壤，从大王于矢石之间者，其计固望其攀龙鳞，附凤翼，以成其所志耳。今功业即定，天人亦应，而大王留时逆众，不正号位，纯恐士大夫绝望计穷，则有去归之思，无为久自苦也。大众一散，难可复合，时不可留，众不可逆。”刘秀谦让后说：“吾将思之。”行至部（hao浩，今河北高邑东南），刘秀以前的同舍生强华，自关中带来《赤伏符》（捏造的谶记）。符文曰：“刘秀发兵捕不道，四夷云集龙斗野，四七之际火为主。”到了这时，刘秀只得“恭承天命”，命有司设坛场于部酃南千秋亭，即皇帝位，改元建武，改产，部为高邑，是为汉光武帝，时在25年六月。同年十月，刘秀派岑彭劝说坚守洛阳的绿林军将领朱鲔（wěi委）投降。岑彭向朱鲔陈说利害，朱鲔说：“大司徒（指刘绩）被害时，鲔与其谋，又谏更始无遣萧王北伐，诚自知罪深，不敢降。”岑彭回报刘秀，刘秀说：“举大事者不忌小怨，鲔今若降，官爵可保，况诛罚乎？河水在此，吾不食言！”朱鲔乃降。刘秀随即占领洛阳，并在其地建都。这就是历史上的东汉政权，又称为后汉。
古代建筑
当赤眉军与更始激战之际，邓禹自汾阴（今山西万荣西南）渡过黄河，占有夏阳（今陕西韩城南）。从此，赤眉军和刘秀进行了面对面的斗争。建武二年（26）春，长安粮尽，赤眉军引兵而西，至安定（今甘肃泾川西北）、北地（今甘肃中宁），邓禹乘机进入长安。九月，赤眉军在陇地转攻城邑，受到陇西割据势力隗嚣的阻挡和大雪的袭击，士兵冻死不少，只好折返长安，引众东归。当时邓禹派兵在郁夷（今陕西宝鸡东）袭击义军，结果被义军击败，赤眉军再度占领长安。
冬十一月，光武帝遣冯异入关代邓禹，临行，敕冯异曰：“今之征伐非必略地屠城，要在平定安集之耳，诸将非不健斗，然为虏掠。卿本能御吏士，念自修饬，无为郡县所苦！”冯异受命西行，因征召邓禹还京师。十二月，关中发生饥荒。人相食，城郭皆空，白骨蔽野，赤眉军引兵东归，尚有众二十余万人。在义军回归途中，刘秀已经作好截击部署。他派侯进屯新安（今河南渑池东），耿弁屯宜阳（今河南宜阳西），分为二道，以截其归路。冯异与赤眉遇于华阴（今属陕西），相拒六十余日，战数十合，降其将卒五千余人。明年正月，冯异与赤眉约期会战，使壮士着赤眉服，伏于道旁。两军交战，伏兵突起，衣服相乱，赤眉不复识别，众遂惊溃。冯异大破赤眉于崤底（崤山，在今河南渑池、洛宁两县之间），降男女八万人。赤眉余众东奔宜阳，刘秀亲统六军，严阵以待，赤眉惊震，刘盆子及丞相徐宣以下皆降，献上所得传国玺绶。刘秀赐樊崇等洛阳田宅，以盆子为赵王（光武叔父）郎中。同年四月，冯异击败延岑等，平定关中，刘秀大军遂占领长安。
刘秀虽然扫平了铜马、绿林、赤眉等农民军，但群雄割据的局面依然存在。为了统一天下，刘秀又展开了削平群雄的战争。当时独霸一方的割据势力，几乎遍及全国各地：梁王刘永称帝于睢阳；隗嚣占据天水，自称西州上将军；公孙述称王巴蜀；李宪自立为淮南王；秦丰自号楚黎王；张步起琅邪，董宪起东海，延岑起汉中，田戎起夷陵，并置将帅，侵掠郡县。另外，北部还有卢芳，诈称武帝曾孙刘文伯，勾结匈奴，立为汉帝。
自建武二年（26）开始，光武帝采取攻伐与招降相结合的方针，首先对盘踞睢阳（今河南商丘）的刘永发起攻势。刘永为西汉梁孝王八世孙，从宗族谱系上说，比刘秀更为正统。因此，刘秀视刘永为最大威胁。当时刘永雄据今日豫东、皖北，与山东的张步、庐江的李宪、苏北的董宪连成一气，形成一个强大的军事同盟。四月，光武帝派虎牙大将军盖延率四将军讨伐刘永，围攻睢阳。八月，盖延攻陷睢阳，刘永与部将苏茂等逃至湖陵（今山东金乡南）。睢阳人反城迎刘永，盖延率诸将围之，吴汉亦率兵前来助战。城中食尽，刘永出走，为其部下庆吾所杀。刘永部将苏茂、周建等共立永子刘纡为梁王。建武五年（29）八月，吴汉拔郯（今山东郯城北），刘纡不知所归，为其军士高扈斩杀以降。其后不到半年，张步、李宪、董宪等亦先后为刘秀所击灭，刘永的势力，至此完全被肃清，“山东悉平”。
在讨伐刘永集团的同时，光武帝又遣建义大将军朱祐南征秦丰于黎丘（今湖北襄樊南），围城半载，秦丰穷困出降，用轞车押送至洛阳诛死。遣右将军邓禹西击延岑于武当（今湖北均县西北）；征南大将军岑彭击田戎于津乡（今湖北江陵东）。“延岑、田戎为汉兵所败，皆亡人蜀”。盘踞河北、自立为燕王的叛将彭宠亦于建武五年初为苍头所杀。于是北自幽燕，南至荆襄，皆已平定。
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关东虽平，但陇蜀尚为野心家隗嚣、公孙述所割据。光武下一步战略目标就是消灭隗嚣和公孙述。当时隗嚣据有安定、陇西、金城、武都张掖、武威、酒泉、敦煌等郡，几乎占有今日甘肃省之全境。他南连公孙述，北结卢芳，西通诸羌、匈奴，粮草充足，士马强壮，进可窥伺关陕，退可据隘自守。且隗嚣“素谦恭爱士，倾身引接为布衣交”，以是“名震西州，闻于山东”。光武帝闻其风声，报以殊礼，欲同他结好，要求他出兵攻打巴蜀的公孙述。可是隗嚣持观望态度，上书推说“三辅单弱，刘文伯（卢芳）在边，未宜谋蜀”。隗嚣部下王元、王捷也劝他保守边陲，以观天下之变。光武见诱降不成，决定用武力解决，于是派建威大将军耿弁等七将军进攻隗嚣。隗嚣使王元据陇坻（一名陇阪，在今陕西陇县、宝鸡县与甘肃清水县、张家川回族自治县之间，为关中平原西部屏障），伐木塞道。诸将与战，败退。王元进攻三辅，为征西大将军冯异、征虏将军祭遵击破。隗嚣因遣使向公孙述称臣。
建武八年（32）春，光武帝率诸将西征，分数道上陇。隗嚣大将十三人，属县十六，众十余万，皆降汉。隗嚣携妻子奔西城（即西县城，在今陕西安康西北）。光武遣吴汉、岑彭围西城月余，王元率蜀兵五千人来救，迎嚣归冀（今甘肃甘谷东）。明年春，隗嚣病死，王元等立嚣子隗纯为王。建武十年（34），光武帝命来歙等乘机发动军事进攻，并收买窦融，命其以河西五郡之兵，与汉兵夹击隗纯，攻破落门（聚名，在今甘肃武山县西），隗纯降，王元奔蜀，陇右平。
建武八年（32）秋，颍川农民群起，河东守兵亦叛，京师为之骚动。光武认为形势紧急，亲自辰夜东驰，临行前，赐书岑彭等将领说：“两城（西城、上邦）若下，便可将兵南击蜀虏（指公孙述）。人苦不知足，既平陇（隗嚣所都），复望蜀（公孙述所都），每一发兵，头须为白。”公孙述当时据有益州之地，包括今四川、贵州和云南大部地区，土地肥沃，资源丰富，地势险阻，兵力精强。他北联隗嚣，并趁光武有事于山东之际，联结关中割据势力，吕贿、延岑、田戎、王歆等多往归依，公孙述皆拜为将军，因聚兵数十万人，积粮汉中，筑宫南郑。于刘秀称帝的同年，即建武元年（25）四月，公孙述自立为天子，即位于成都，号成家，建元龙兴。
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他也和刘秀一样，好为符命鬼神异应之事，借图谶以欺弄民众。他妄引谶记，言孔子作《春秋》，断十二公，象征汉之十二帝（包括吕后），说明汉数已尽。又引《录运法》和《括地象》（皆谶纬之书）中“公孙当立”的预言，说明他是天帝派来接替汉朝的真命天子。公孙述还常将上述宣传品送到中原，借以迷惑百姓。刘秀为此颇为担忧，他致书公孙述，说公孙述歪曲谶语，谶记所言“公孙”，乃指宣帝；并且劝他不要仿效王莽那样以铁契、石龟、文圭、玄印等作为符瑞，自欺欺人；天下神器，不可力争，不如早日归降，还可保全宗族。然而公孙述并无降意，因此没有复书光武帝。
建武十一年（35）七月，光武帝亲自将兵征讨公孙述，驻军长安。八月，汉将岑彭大破公孙述将侯丹于黄石（今四川涪陵东）。于是汉军不分昼夜倍道兼行二千余里，一一直攻下武阳（今四川彭山东），出动精骑驰击距成都仅数十里的广都，势若风雨，汉军所至之处，蜀军无不奔散。公孙述昕说岑彭绕过延岑军后，攻下武阳。惊惶地以杖击地说：“是何神也！”他在气恨之余，心生毒计，暗派刺客诈为亡奴，投降汉军，乘夜刺死岑彭。十二月，汉大司马吴汉率领舟师三万人自夷陵（今湖北宜昌东）溯江而上，征讨公孙述。明年春正月，吴汉攻克广都，遣轻骑烧成都市桥，公孙述将帅恐惧，日夜离叛。当胜利在望之时，光武嘱咐吴汉说：“成都十余万众，不可轻也。但坚据广都，待其来攻，勿与争锋。若不敢来，公转营迫之，须其力疲，乃可击也。”其后吴汉与公孙述战于广都、成都之间，八战八克。十一月，吴汉、臧宫又与公孙述战于成都郊外，大破之，公孙述被创而死。延岑以成都降。吴汉杀述妻子，尽灭公孙氏，并族延岑，巴蜀之地予以平定。
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最后还剩下一个盘踞北部的卢芳。当时卢芳据有五原、朔方、云中、定襄、雁门五郡，包括今日之陕北、山西和内蒙古一带地方。卢芳勾引匈奴和乌桓作为外援，经常侵扰北部边境。光武帝屡遣吴汉、杜茂往击，均未成功。建武十二年（36），刘秀已剿灭公孙述，卢芳与其部将贾览共攻云中，久攻不下，其留守九原的部将随昱欲胁迫其归降光武。卢芳自知不能相敌，遂弃辎重，率十余骑逃人匈奴。建武十六年（40），匈奴闻汉购求卢芳，贪得财帛，故遣卢芳还降。卢芳至汉，以自归为功不称匈奴所遣。汉立卢芳为代王。不久又逃人匈奴，后死于匈奴。
经过十余年的征战，刘秀次第翦灭四方割据势力，结束了纷乱局面，全国重归统一。