五月初一，汉军攻下了邯郸城，杀了王郎。在缴获的文书中，光武帝得到官员们同王郎交往及谤毁自己的书信几千份。光武帝没有看这些书信，而是召集各位将军，当他们的面将它们烧掉，说“让那些心神不定的人安下心来吧”！更始帝派遣侍御史持符节拜光武帝为萧王，命他停止攻战，前往自己居住的地方。光武帝推辞说黄河以北还没有平定，没有应更始帝征召。从此，光武帝对更始帝便怀有二心了。
当时长安政治秩序混乱，各地都纷纷反叛刘玄。梁王刘永专权于睢阳县，公孙述称王于巴蜀，李宪自立为淮南王，秦丰自号楚黎王，张步起兵于琅邪郡，董宪起兵干东海郡，延岑起兵于汉中郡，田戎起兵于夷陵县，他们都各自设置将帅，劫掠郡县。又有各种名号的反叛者如铜马、大肜、高湖、重连、铁胫、大抢、尤来、上江、青犊、五校、檀乡、五幡、五楼、富平、获索等人，各自率领部下，合起来达几百万人，到处抢掠。
光武帝计划剿灭他们，先派遣吴汉征调北方十个郡的兵力。幽州牧苗曾不听从调遣，吴汉便杀了苗曾而征调他的部队。秋天，光武帝在隧进攻铜马，吴汉率领突骑在清阳与光武帝会合。铜马军连连挑战，光武帝只是加固营寨自守。铜马军有外出劫掠的，光武帝便都将他们击杀，断绝他们的粮食供给。一个多月后，铜马军粮食没有了，便趁夜晚逃走，光武帝军追到馆陶，将他们打得大败。在光武帝接受铜马军的投降还没有完成的时候，高湖、重连军从东南方赶来，与铜马军余部会合，光武帝又与三军在蒲阳展开大战，将他们全部打败，使他们投降了汉军。光武帝封他们的首领为列侯。投降的那些人仍心怀忐忑，光武帝察觉到了他们的想法，便命令他们各自归营统兵，自己则轻装简从骑马到各营巡视。投降的人便互相议论说：“萧王对我们推心置腹，我们怎么能不以死相报呢！”从此都在心下降服。光武帝将投降的兵力全部分配给各位将领，部队扩充到几十万人。因此关西人都称光武帝为“铜马帝”。赤眉军将领与大肜、青犊十多万人占据射犬乡，光武帝率军进攻，将他们打得大败，这支军队的人都流散逃走。光武帝又派吴汉、岑彭袭击邺城，杀了谢躬。
青犊、赤眉军进入函谷关，进攻更始帝。
光武帝便派遣邓禹带领六位裨将率兵向西进发，以便乘更始、赤眉之乱扩张势力。当时更始帝派大司马朱鲔、舞阴王李轶等人驻守洛阳，光武帝也命令冯异驻守孟津抵抗敌军。
建武元年春正月，平陵人方望拥立前汉孺子刘婴为天子，更始帝派他的丞相李松把刘婴给杀了。
光武帝向北进攻尤来、大抢、五幡，在元氏这个地方交战，后又追击他们到右北平，接连打败他们。双方又在顺水北交战，光武帝乘胜贸然进军，反被敌方打败。敌兵紧紧追击，双方短兵相接，光武帝自己跳上了高岸，碰上了突骑王丰，王丰下马将自己的马让给光武帝，光武帝按着王丰的肩膀上了马，回头笑着对耿弇说：“差点儿被敌人嘲笑了”！耿弁连连放箭将敌人打退，光武帝才得以逃脱。这一战，士兵死了几千人，余部退守范阳。军中见不到光武帝，有的人便说光武帝已经死了，各位将领不知道该怎么办。吴汉说：“你们要努力啊！萧王哥哥的儿子在南阳，何必担忧没有主公呢？”众人都很惊恐害怕，几天才安定下来。敌方军队虽打了胜仗，但向来惧怕光武帝的强大声威，由于不了解当时形势，晚上便撤走了。
光武帝大军又推进到安次，与敌方交战，打败了他们，杀掉了三千多人。敌军退到渔阳，光武帝于是派遣吴汉带领耿弇、陈俊，马武等十二位将军追击敌军于潞县东面，到了平谷，消灭了尤来等部。
朱鲔派遣讨难将军苏茂进攻温县，冯异、寇恂同苏茂交战，将他打得大败，杀掉了苏茂的将领贾强。
于是各位将领商议确定光武帝的皇帝尊号，马武首先进言道：“天下无主。如果有具备贤德的人在破败的局势中揭竿而起，即便有孔子为丞相，孙子为将军，恐怕还不能成功。
现在如果不把握机会，更是要后悔不及了。大王执意谦让，怎么对得起大汉的祖宗社稷呢！大王还是应该回到蓟城即皇帝之位，然后商议征战讨伐叛贼之事。但如今谁是我们驰骋沙场去进击的叛贼呢？”光武帝吃惊地说：“将军怎么会说这种话？这可是要斩头的呀！”马武蜕：“各位将领都是这样想的。”光武帝便让马武告知诸位将领，率领部队回到蓟城。
四月初夏，公孙述自称天子。
光武帝从蓟城返回，路过范阳，命人收葬阵亡的将士。到了中山，诸位将领又上奏说：“汉室皇位被王莽篡夺，汉家宗庙被废，天下豪杰愤怒，亿万生灵涂炭。大王与刘伯升首先举起起义大旗，更始皇帝依据他的资历占据了帝位，却不能继承汉室大统，纲纪败坏混乱，盗贼日渐增多，百姓生活危险窘迫。大王当初征讨昆阳城，王莽溃败，后大王又攻取了邯郸，北方州郡平定下来。如果三分天下，大王便有其二，疆土跨越州郡，甲兵百万。论武力没有人敢与您对抗，论文德则无法用言辞形容。臣等听说帝王的尊位不可以长久地空着，天命不能因为谦虚而拒绝，只恳请大王以江山社稷为重，为天下百姓着想”。光武帝又没有听从。
光武帝行军到南平棘县，诸位将领又坚持请光武帝称帝。光武帝说：“寇贼还没有荡平，我们四面受敌，为什么要急切地想称帝呢？各位将军都请出去吧！”耿纯向光武帝进言道：“天下士大夫捐弃亲属，背井离乡，跟随大王冲杀于刀风箭雨之中，他们的打算本来就是攀龙鳞、附凤翼，以成就他们的志向。现在大功即将告成，天命人心也都承应您即至尊之位，可是大王却延误时间，违背大家心意，不登帝位，我担心士大夫们失望，无计可施，就会产生离去的念头，以避免长期的痛苦。大家一散，就难以再聚合。时间不能再延误，众人的心意不可违背呀！”耿纯的话说得非常真诚恳切，光武帝滦受感动，说：“我将考虑你的话”。
光武帝来到鄗县，先前光武帝在长安学习时与他同住一室的书生强华从关中赶来，向他奉献《赤伏符》，符上说：“刘秀发兵捕杀不道之人，天下各族云集，如同群龙搏斗于野，建汉以来的二百二十八年之际，天下以火德为主”。群臣又奏请说：“接受天命的信符，应以顺应民心为大事，现在万里之外的符命与实际的情况不谋而合，即便是白鱼传达给周武王伐纣的符命，又怎能和这个相比？现在天下没有皇帝，国内一片混乱，符瑞应验，明明白白，大王应该答谢天神，满足大家的愿望。”光武帝于是命令有司在鄗县南千秋亭五成陌设坛场，以祭上天。
六月二十二日，光武帝登上皇位，烧柴祭天，拜祀水、火、雷、风、山、泽六宗，遥望山林川谷祭祀诸神。祷告祝文说：“皇天上帝，后土神祗，因眷顾天下的黎民百姓，降下符命，把天下百姓托付给我刘秀，让我为人父母，刘秀实在是不敢当。众诸侯都不约而同地说‘王莽篡夺汉室皇位，刘秀发馈兴举义兵，在昆阳打败王寻、王邑，在黄河以北诛杀王郎和铜马军，平定天下，使四海蒙受恩泽。上符合天地的心意，下为黎民百姓拥护。’谶纬上说：‘刘秀起兵捕杀不道之人，卯金修德刘氏应为天子。’我刘秀仍然坚决推辞，一而再，再而三。
众部属都说：‘皇天大命，不可久不遵从。’刘秀怎么敢不敬从。”于是光武帝立年号为建武，大赦天下，鄗县为高邑。
建武三年春，正月初六，光武帝任命偏将军冯异为征西大将军，杜茂为骠骑大将军。大司徒邓禹及冯异与赤眉军在回溪展开大战，邓禹、冯异被打败。征虏将军祭遵破了蛮中贼军，杀掉了张满。
二十三日，光武帝立亡父南顿君上四庙。
二十四日，大赦天下。
闰月初一，将大司徒邓禹免职。
冯异与赤眉军战于崤底，将赤眉军打得大败，赤眉军余部向南逃往宜阳县，光武帝亲自带兵征讨。己亥，光武帝来到宜阳县。甲辰，光武帝亲自统率六军，排开大阵，大司马吴汉的精兵排在最前面，中军排在第二位，骁骑、武卫分列左右。赤眉军看见皇家阵容，十分畏惧，派使者前来请求投降。丙午，赤眉君臣自己反绑双手，奉上汉高祖刘邦传下的玺绶来向光武帝投降，光武帝下诏将纳降的事交付城门校尉处理。戊申，光武帝从宜阳回到洛阳。己酉，光武帝下诏令说：“群贼横行，祸害百姓，刘盆子（赤眉军拥立的天子）窃取皇帝尊号，惑乱天下。