重重包圍的情形下，決定投降。但王邑拒絕了，他說：“百萬雄兵，所過當滅，今日屠此城，以血礪刃，豈不快哉！”決心屠城立威，因此不肯接受王鳳的投降。王鳳頓成哀兵，唯有死守。昆陽城堅，王邑一時攻取不下，形成僵局。
劉秀到郾城、定陵一帶遊說，郾城、定陵兩縣都是舂陵子弟兵，義氣千秋，甘願同生共死。因此他先帶回來1000多人組成先頭部隊，回兵救昆陽。王邑自恃兵力雄厚，驕妄輕敵，“意氣甚逸”，又自以為是，和王莽一樣，都是“腐儒”角色，迷信“聲威”之類虛的東西，並不把這股小部隊太當回事，僅派幾千人的巡邏隊阻擋劉秀。劉秀一改平日儒雅的形象，表現出大無畏的英雄主義氣概，衝鋒陷陣，來回衝殺，接連斬殺幾十個新莽兵。軍威大振，更始將領讚歎道：“偏將軍是見小敵怯、見大敵勇！甚可怪也，且復居前。請助將軍！”於是紛紛忘死，殺向敵陣。就這樣，劉秀首戰告捷。
劉秀不但勇猛，而且極有智謀，他寫了一封宛城已派大軍增援昆陽的書信，不日即可抵達，在送往昆陽途中，故意丟棄於地。王邑軍撿到後爭相傳看，王邑得知後大驚，加之新敗，軍心遂如秋草遇霜一樣，立時搖落。
而劉秀由於首戰告捷，個個意氣昂揚，恨不再戰。於是劉秀又在陸續趕來的援軍中，挑選精壯，組成一支3000人的敢死隊，如狼嚎叫似的向王邑的大本營猛衝。新莽軍本就是徵召來的各地郡兵，鬥志不強，又新敗怯敵，恐懼像瘟疫一樣蔓延。王邑又擔心州郡兵失去控制，遂下令各營堅守陣地，不準擅自出兵。這等於自捆手腳，只能陷入被動挨打的境地，因此雙方剛一交鋒，陣腳即亂，那些虎、豹、犀、象，首先傷了自己人，又不像訓練場上可以收攏。不多時，司徒王尋就死於亂軍之中，副帥一死，士氣頓挫。而堅守昆陽城內的王鳳守軍，趁機殺出城外，夾擊王邑軍。王邑腹背受敵，加之此時天助劉秀，風狂雨驟，滍川盛溢，王邑軍驚恐，爭著逃命，互相踐踏，溺死者不計其數，浮屍百里，水為之塞。王邑﹑嚴尤﹑陳茂輕騎踏著死屍渡水而去，一口氣跑了上百里才停下。王邑回到洛陽只剩下長安勇敢數千人。百萬雄師就這樣一敗塗地，王莽的主力遂告覆沒。漢軍則戰果輝煌，盡獲武器輜重。
昆陽之戰，遂成為中國古代戰爭史上以少勝多、以弱勝強的絕妙戰例。
劉秀一戰成名，與其兄劉縯成為漢軍雙壁。
從此，王莽再也沒有能力和更始抗衡了。各地豪傑聞訊後紛紛樹立反莽大旗，撞響了新莽王朝徹底覆滅的喪鐘。
劉縯之死
劉縯破宛城和劉秀昆陽之戰大捷，使兄弟二人威名大盛，正所謂功高震主也。劉秀此人不事張揚，回到南陽後，很低調，除熱熱鬧鬧地娶了心儀中的美人陰麗華外，幾乎不提在北方的勝利；而劉縯則不同，才能外露，性情剛毅，為部下所擁戴，但也使下江、新市、平林軍將領們心中不安，更為更始大臣特別是朱鮪、李軼所妒。
劉秀有察人之明，勸他防備李軼其人，說他“亦素好事”；“不可覆信。”劉縯不聽，還把妹妹劉伯姬嫁給李軼的兄長李通為妻，以消解前怨。但李軼早已“諂事更始貴將”，表面上與劉秀兄弟親近，暗地裡卻與朱鮪一起策劃著謀害劉縯的陰謀。
此時，在北方赤眉、南方綠林軍的連續打擊下，王莽政權僅剩下洛陽、長安兩座孤城。推翻新朝已是指日可待了。更始帝乃分東西兩路大軍，東攻洛陽和西進長安，劉秀與王匡帶東路軍攻打洛陽。劉秀一路攻城略地，進展順利，連下河南﹑陳留﹑潁川21縣，但在進攻父城縣時，由於把守父城縣的潁川郡掾馮異深得人心，劉秀遇到挫折，久攻不下。不巧馮異出城巡視時，落入漢兵的陷阱。而馮異的堂兄馮孝和同郡名士丁綝、呂晏等都在劉秀營中效力，其母也在潁川城內，得到劉秀供養，遂勸馮異降漢。馮異說：“有老母之命，願勸降所轄五城。”劉秀知其為信義之人。乃放馮異回去，馮異以其威信，勸降洛陽以東州縣，盡降劉秀。不料在此關鍵時刻，劉秀卻匆匆忙忙地趕回宛城去了。
原來，在南陽的劉縯部將劉稷，對庸碌的劉玄被立為皇帝，早就心存不滿，又見劉縯遭人嫉恨，非常憤怒，說：“本起兵圖大事者，伯升兄弟也，今更始何為者耶？”意思是說，我提頭打天下，是為劉秀兄弟；要是為更始，我怎會如此用命？
這話被李軼彙報給了朱鮪。
劉玄就故意封劉稷為“抗威將軍”，劉稷表示，“士可殺不可辱！”對這一具有侮辱性的封號決不接受。更始帝遂以謀反的罪名