同年十一月，岑彭水灌西城时，隗嚣部将王元、行巡、周宗率蜀援军五千人赶到，从高地反击，汉军措手不及，王元等突入西城，迎隗嚣入冀。时汉军补给困难，粮食已尽，各部被迫出陇西。隗嚣收拾残部，一时又夺占陇西数郡。九年正月，隗嚣死。部众拥立其少子隗纯为王。建武七年（公元32年）八月，耿弇、寇恂攻破高平第一城。十月，来歙、盖延攻破落门，王元只身逃奔公孙述，隗纯等投降。此战，历时4年，陇西始平定。平陇战后，刘秀即从南、北两个方向，对益州的公孙述展开攻势。建武十一年（公元35年）三月，大司马吴汉率荆州兵六万，马五千匹，于荆门与岑彭会合，沿长江西上入蜀；来歙、盖延率诸军自陇西南下攻河池入蜀。南线岑彭军溯江西上，攻克荆门，俘程讯，斩任满，田戎退守江州（今四川重庆市北嘉陵江北岸），彭遂由三峡，长驱直入江关。
沿途郡县降附，大军直迫江州。同年六月，北路来歙军大败王元、环安军，攻破下辨（今甘肃成县西北）、河池，挺进蜀中。公孙述派人刺杀来歙，刘秀乃派将军刘尚继续率军南下。江州城固粮多，不易攻破，岑彭遂留兵围困，自率主力直指垫江（今四川合川），攻破平曲（今四川合川东）。公孙述令其将延岑、吕鲔、王元、公孙恢率军拒守广汉（郡治樟潼，今属四川）、资中（今四川资阳），另派侯丹率二万人拒守黄石（今四川涪陵东北横石滩）。岑彭留臧宫于平曲拒蜀兵主力延岑，而自率军折回江州，溯江西上，袭破黄石，倍道兼程二千余里，迂回岷江中游，占领武阳（今四川彭山东），进击广都（今四川成都市南，岷江东北岸）。公孙述派人刺杀岑彭。刘秀命吴汉率兵三万赶到前线，接替岑彭指挥。
建武十二年（公元36年）一月，吴汉败蜀军于鱼腹津（今四川眉山之岷江渡口），进围武阳，歼灭蜀援军五千余人。西上再破广都，逼近成都。吴汉求胜心切，率二万步骑进攻成都，兵败。吴汉随即改变战术，乘夜秘撤到锦江南岸与副将刘尚合兵，并力对敌，转败为胜。此后，吴汉根据刘秀敌疲再攻的战术，与蜀军战于成都、广都之间，歼灭公孙述大量有生力量，兵临成都城下。十一月，臧宫攻克繁（今四川彭县西北）、郫（今四川郫县）与吴汉会师，合围成都。公孙述招募五千敢死士交延岑指挥，准备决战。延岑在市桥（今四川成都市南郊）大败吴汉。吴汉隐蔽精锐，示弱诱敌。公孙述贸然出击，蜀军大败，公孙述重伤死（参见广都、成都之战）。
延岑见大势已去，率成都守军降。自建武元年至建武十二年（公元36年），刘秀登基后用了十二年的时间终于克定天下，使得自新莽末年以来四分五裂、战火连年的古老中国再次归于一统。折叠柔道治国刘秀勤于政事，“每旦视朝，日仄乃罢，数引公卿郎将议论经理，夜分乃寐”。在位期间，多次发布释放奴婢和禁止残害奴婢的诏书。为减少贫民卖身为奴婢，经常发救济粮，减少租徭役，兴修水利，发展农业生产。裁并郡县，精简官员。结果，裁并四百余县，官员十置其一。历史上称其统治时期为光武中兴。其间国势昌隆，号称“建武盛世”。
刘秀统一中国后，厌武事，不言军旅，公元51年，朗陵侯臧宫、扬虚侯马武上书：请乘匈奴分裂、北匈奴衰弱之际发兵击之，立“万世刻石之功”。光武却下诏：“今国无善政，灾变不息，人不自保，而复欲远事边外乎！不如息民。”。刘秀善待功臣，分封三百六十多位功臣为列侯，给予他们尊崇的地位，只解其兵权。
易后改储。
时南阳阴丽华美貌庄重，光武帝早年就有“娶妻当得阴丽华”的愿望。昆阳战后次年，光武帝乃如愿娶阴氏为正室。婚后次年，光武为巩固与真定王刘扬的联盟，再娶刘扬甥郭圣通并以之为正室，亦宠之。郭氏与阴氏并为光武生下五子，及光武即位之初，并为贵人。建武二年(公元26年)因阴氏族小辞后，郭氏因得立为皇后，其长子疆遂立为皇太子。光武因此甚感有愧于阴氏，益加宠遇。至建武十七年(公元41年)，光武乃废郭氏，立阴氏为后。初建武十九年(公元43年)，光武又以阴氏长子东海王阳聪敏有君人之度，皇太子疆又上表辞位。乃废疆为东海王而以阳为皇太子。阳改名庄，即日后之汉明帝。
因病去世。
建武中元（一作中元）二年（公元57年）二月戊戌日（二月初五），刘秀在南宫前殿逝世，享年六十二岁。遗诏说：“我无益于百姓，后事都照孝文皇帝制度，务必俭省。刺史、二千石长吏都不要离开自己所在的城邑，不要派官员或通过驿传邮寄唁函吊唁。”刘秀死后，其子刘庄继位，于同年三月丁卯日，葬刘秀于原陵，上庙号世祖、谥曰光武皇帝。
为政举措政治上。他偃武修文，励精图治，自新末大乱到天下再次一统，历经近20年的时间，此间百姓伤亡惨重，战死和病饿而死者不计其数，到刘秀再次统一天下之后，天下人口已经是“十有二存”了。为了使饱经战乱的中原之地尽快的恢复和发展，刘秀则“知天下疲耗，思乐息肩。自陇、蜀平后，非儆急，未尝复言军旅”。同时，刘秀连续下达了六道释放奴婢的命令，使得自西汉末年以来大量失去土地的农民沦为奴婢的问题得到了极大的改善，也使得战乱之后大量土地荒芜而人口又不足的问题得到了解决。同时，刘秀还大力裁撤官吏，合并郡县。光武帝下诏：“并省四百余县，吏职减损，十置其一”，这样极大的减轻了人民的负担。到刘秀统治的末期，人口数量达到了两千多万，增长了一倍还多，经济也得到了极大的发展。在位期间，实行轻徭薄税，兴修水利，罢免贪官污吏，加强中央集权，精兵简政。
在文化上，重用文人贤士，史称“光武中兴”。极为重视图书文化建设和皇家藏书的收藏。王莽末，典籍被焚，鉴于西汉官府藏书散佚，而民间藏书颇多，他每至一地，未及下车，而先访儒雅，采求阙文，补缀遗漏。他下旨天下，广为收集。先是四方学士，多怀挟图籍，遁逃林籔。自此而后，鸿生矩儒，莫不抱负典策图籍，芸汇京师。数十年间，朝廷各藏书阁，旧典新籍，叠积盈宇，汗牛充栋。如“石室”、“兰台”、“仁寿阁”、“东观”等多处，藏书的规模和数量超过了西汉。迁还洛阳时，其经牒秘书，载乘2 000余辆。奠定了东汉国家藏书的基础。中央集权，归于尚书光武以优待功臣贵戚为名，赐以爵位田宅，高官厚禄，而摘除其军政大权。光武鉴于西汉前期三公权重，权柄下移，虽设三公之位，而把一切行政大权归之于设在中朝由皇帝直接指挥的尚书台。尚书台设尚书令一人，秩千石，尚书仆射一人，六曹尚书各一人，秩皆为六百石，分掌各项政务。
以下设有丞、郎、令史等官，所有一切政令都由尚书台直接禀陈皇帝，由皇帝裁决。从此，“天下事皆上尚书，与人主参决，乃下三（公）府”；“虽置三公，事归台阁”，“三公之职，备员而已”。但是到了东汉后期，有权势的大臣多加“录尚书事”的职衔，从而权柄再度下移，尚书台又蜕变为权臣专政的工具。
简化机构，裁减冗员，建武六年（公元30年），刘秀下诏令司隶州牧各实所部，省减吏员，县国不足置长吏可合并者，上大司徒、大司空二府。于是“条奏并有四百余县，吏职省减，十置其一”。同时，废除西汉时的地方兵制，撤销内地各郡的地方兵，裁撤郡都尉之职，也取消了郡内每年征兵训练时的都试，地方防务改由招募而来的职业军队担任。但是，到了东汉后期，州牧刺史逐渐权重，兼有军政财大权，地方兵力又逐渐兴起。
在经济上，
释放奴婢、刑徒。自西汉后期以来，农民之沦为奴婢、刑徒者日益增多，成为西汉末年阶级矛盾日益尖锐化中的一个重要问题。王莽末年，不少的奴婢、刑徒参加起义；同时在一些割据势力的军队中也有不少的奴婢、刑徒。光武在重建刘汉封建政权中，为了瓦解敌军、壮大自己的力量，也为了安定社会秩序、缓和阶级矛盾，曾多次下诏释放奴婢，并规定凡虐待杀伤奴婢者皆处罪。另外，还规定不许任意杀伤奴婢以及废除“奴婢射伤人弃市律”，说明奴婢的身份地位较之过去有所提高。同时，在省减刑罚的诏令中，还多次宣布释放刑徒，即“见徒免为庶民”。
整顿吏治，提倡节俭光武鉴于西汉后期吏治败坏、官僚奢侈腐化的积弊，即位以后，注意整顿吏治，躬行节俭，奖励廉洁，选拔贤能以为地方官吏；并对地方官吏严格要求，赏罚从严。因而经过整顿之后，官场风气为之一变。故《后汉书·循吏传》有“内外匪懈，百姓宽息”之誉。
薄赋敛，省刑法，偃武修文，不尚边功，与民休戚东汉初年，针对战乱之后，生产凋敝，人口锐减的情况，光武注意实行与民休养生息政策，而首先是薄赋敛。建武六年（公元30年），下诏恢复西汉前期三十税一的赋制。其次是省刑法。再其次是偃武修文，不尚边功。光武“知天下疲耗，思乐息肩，自陇蜀平后，未尝复言军旅”。建武二十一年（公元45年），西域鄯善、东师等十六国“皆遣子入侍奉献，愿请都护。帝以中国初定，未遑外事，乃还其侍子，厚加赏赐”。
建武二十七年（公元51年），功臣朗陵侯臧宫、扬虚侯马武上书：请乘匈奴分裂、北匈奴衰弱之际发兵击灭之，立“万世刻石之功”。光武下诏说：“今国无善政，灾变不息，人不自保，而复欲远事边外乎！不如息民。”欲抑制豪强势力，实行度田政策东汉政权本是在豪强势力支持下建立起来的。但豪强势力的发展，土地兼并的逐渐严重，既威胁皇权，也影响百姓生活，以及为了加强朝廷对全国垦田和劳动人手的控制，平均赋税徭役负担，于建武十五年（公元39年）下诏令各郡县丈量土地，核实户口，作为纠正垦田、人口和赋税的根据，又命考察二千石长吏阿枉不平者。
诏下之后，遇到豪强势力的抵制。光武下令将度田不实的河南尹张伋及其他诸郡太守十余人处死，表示要严厉追查下去。结果引起各地豪强大姓的反抗，“青、徐、幽、冀四州尤甚”，“郡国大姓及兵长群盗，处处并起”，予东汉王朝以极大威胁。面对两种不同性质的反抗，光武帝采取镇压与安抚并用的手段，一方面“遣使者下郡国，听群盗自相纠拖，五人共斩一人者，除其罪”很快，贼便解散了，另一方面，把捕到的作乱首领人物迁往他郡，“赋田授廪”，切断他们与原所在郡的联系，给了豪强地主严重的打击。
经过度田事件后，郡国大姓的抗衡平静下来，出现了“牛马放牧，邑门不闭”的大好局面。度田也成为东汉朝廷的定制。因各项政策措施地实行，为恢复发展社会生产创造了有利的条件，使得垦田、人口都有大幅度的增加，从而为东汉前期八十年间国家强盛的“明章之治”奠定了物质基础。
关于文化上，建国后，在洛阳修建太学，设立五经博士，恢复西汉时期的十四博士之学。还常到太学巡视和学生交谈。在他的提倡下，许多郡县都兴办学校，民间也出现很多私学。光武继承了西汉时期独尊儒术的传统，东汉建立后，即兴建太学，设置博士，各以家法传授诸经。光武巡幸鲁地时，曾遣大司空祭祀孔子，后来又封孔子后裔孔志为褒成侯，用以表示尊孔崇儒。
特别是对儒家今文学派制造的谶纬迷信更是崇拜备至。同时，光武鉴于西汉末年一些官僚、名士醉心利禄，依附王莽，乃表彰气节，对于王莽代汉时期隐居不仕的官僚、名士加以表彰、礼聘，表扬他们忠于汉室、不仕二姓的“高风亮节”。
对他，历史的评价极其的多。
东汉三国马援说他：①前到朝廷，上引见数十，每接燕语，自夕至旦，才明勇略，非人敌也。且开心见诚，无所隐伏，阔达多大节，略与高帝同。经学博览，政事文辩，前世无比。②恢廓大度，同符高祖，乃知帝王自有真也。冯衍：皇帝以圣德灵威，龙兴凤举，率宛、叶之众，将散乱之兵，歃血昆阳，长驱武关，破百万之陈，摧九虎之军，雷震四海，席卷天下，攘除祸乱，诛灭无道，一期之间，海内大定。继高祖之休烈，修文武之绝业，社稷复存，炎精更辉，德冠往初，功无与二。张纯：兴于匹庶，荡涤天下，诛锄暴乱，兴继祖宗。班固：于时之乱，生民几亡，鬼神泯绝，壑无完柩，郛罔遗室，原野厌人之肉，川谷流人之血，秦、项之灾犹不克半，书契已来未之或纪也。刘庄：陛下有禹汤之明，而失黄老养性之福，愿颐爱精神，优游自宁。刘杰：帝英勇明断，折棰笞寇之言至是验矣，岂在穷兵黩武以逞哉？斯民世祀而不忘，固宜。恭惟圣朝海宇宁谧，桴鼓不惊，居者无输馈之劳，行者无征战之苦。昔之变乱服色，昼战夕糒；今其子孙饱食暖衣，耕田凿井，熙熙皞皞，不知帝力之何有，顾不胜欢。曹植：夫世祖体乾灵之休德，禀贞和之纯精，通黄中之妙理，韬亚圣之懿才。其为德也，聪达而多识，仁智而明恕，重慎而周密，乐施而爱人。值阳九无妄之世，遭炎光厄会之运。殷尔雷发，赫然神举。用武略以攘暴，兴义兵以扫残。神光前驱，威风先逝。军未出于南京，莽已弊于西都。夫当此时也，九州鼎沸，四海渊涌。言帝者二三，称王者四五。咸鸱视狼顾，虎超龙骧。