不料刘玄事先得了风声，把申屠建骗进宫里，乱刀杀死。张卬见事情败露，马上纵火烧城，率兵攻打刘玄。刘玄和赵萌怀疑王匡等人也有异志，于是假传刘玄的命令，将陈牧成丹二人骗来，砍死了事，只有王匡命不该绝，偏偏迟了一步。刘玄从揶城召回李松，和赵萌猛攻长安。张卬和王匡战败，分头逃窜而去。樊崇率兵抵达高陵时，张卬和王匡也投降过来，和樊崇一齐攻打长安。
刘秀占据河右后，实力大增，手下不免有人蠢蠢欲动。
大军路过蓟地和中山城时，手下的人准备再度劝说他自己坐上皇帝的宝座，刘秀还是有些犹豫，迟迟没有表态。走到南平棘城时，众人又提起这个话题，刘秀勉强推辞说：“现在四面都是敌人，怎么能先满足个人的愿望呢？”这时，将军耿纯上前说道：“许多士大夫送亲戚参加您的军队，离乡背井投靠大王，冒着天大的危险，无非都是想在大王这里博取功名，如今大王却违反众人的意愿，不肯就位，恐怕会失去人心。”
刘秀想了半天，才回答说：“等我再想一想吧。”话虽如此，语气却已经软了。
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来到鄗地后，刘秀接到消息，说平陵人方望在临泾擅自拥立被王莽废黜的孺子婴为帝，结果被刘玄派遣的部将李松所杀；另一件事是公孙述自立为蜀王，赶走刘玄的部将李宝，大封群臣，在益州称王称霸。刘秀见公孙述这样的人也敢称帝，心里愤愤不平，不如一不做，二不休，依了众人的建议，乘机做了皇帝，免得落于人后。
拿定主意后，刘秀再和冯异等人商议这件事，那些人当即齐声附和。这时，刘秀当初在长安游学的室友强华突然来到，献上一封书函，书函中的内容十分晦涩难懂，经过强华一番分析，大意是注定刘秀要做皇帝的意思，虽然书函的来历可疑，但刘秀还是十分高兴。
在这年的六月，刘秀挑选了黄道吉日，在鄗城南郊的千秋亭畔设立祭坛，正值天高气爽，旭日东升之际，萧王刘秀乘着大马车，来到祭坛，祭拜过祖先和神灵，宣读告示文书后，才缓步登的祭坛，接受文武百官的朝贺，改年号为建武，颁下诏书，大赦天下。
刘玄在称帝的三年里，毫无建树，部将多半离心背德。再加上赤眉军攻入关内，许多守将闻风而逃，因此关中告急。河东守将王匡和张卬，被汉朝前将军邓禹所破，逃回长安后劝说刘玄放弃长安，前往南阳，如果大事不成，还可以进入大江大海做强盗，免得在此等死。
刘玄听了这样荒唐的计策，面有愠色。当天晚上，刘玄便下令派王匡、陈牧、成丹、赵萌等人在新丰屯兵，调李松在揶城防守。张卬心里怏怏不乐，又与将军申屠建密谋，准备挟持刘玄出关，御史大夫隗嚣曾经劝刘玄把帝位让给刘秀，自己回河北，刘玄哪里肯听？于是隗嚣便和张卬等人串通，准备行动。不料刘玄事先得了风声，把申屠建骗进宫里，乱刀杀死。同时又派人召隗嚣进宫，隗嚣早有提防，称病不去。刘玄的亲兵围住隗嚣住处，又四处搜捕张卬等人，隗嚣突围而去，逃往天水。
张卬见事情败露，马上纵火烧城，率兵攻打刘玄。刘玄不能抵挡，急得走投无路，慌忙开了后门，带领家人逃往新丰，投靠岳父赵萌。刘玄和赵萌怀疑王匡等人也有异志，于是假传刘玄的命令，将陈牧成丹二人骗来，砍死了事，只有王匡命不该绝，偏偏迟了一步。于是，王匡与张卬合兵一处，攻打刘玄。刘玄从揶城召回李松，和赵萌猛攻长安。张卬和王匡战败，分头逃窜而去。刘玄这才返回长安，暂时居住在长信宫。
刘玄既庸弱无能，又要猜忌他人，怎能不亡？
谁知内讧未平，外敌又至，赤眉渠帅樊崇又率兵作乱，联络一心想替兄长方望报仇的方阳，探访到景王刘章的后人刘茂和刘盆子，当时刘盆子还在樊崇部下右校刘侠卿家里放牛，几人一番私下议论，决定推举年幼而且羸弱的刘盆子为皇帝，从华阴长驱直入，逼近长安。
刘侠卿将刘盆子关在房里，不准随便出入，就是樊崇等人也不来问候，他们不过是假借名号，愚弄人民而已。樊崇本来打算由自己做丞相，但自己又没有一点文化知识，只得将丞相的官职让给徐宣，自己做了一个御史大夫，然后又封了许多官职。樊崇率兵抵达高陵时，张卬和王匡也投降过来，和樊崇一齐攻打长安。
刘玄看到赤眉军攻过来，急忙调将军李松领兵迎敌，自己与赵萌守城，还将刘盆子的兄长侍郎刘恭下狱问罪。李松兵败如山倒，连自己都被敌人活捉过去。刘玄心慌意乱，正和赵萌商议办法，忽然听说赤眉军得到李松之弟李泛的接应，已经杀进长安城，刘玄连忙上马出城，落荒而去。赵萌等人不敢迎战，只得向樊崇投降。
刘恭逃出大牢，在渭滨追上刘玄一行人，谁知右辅都尉严本心怀叵测，准备将刘玄献给赤眉军邀功，因此又把刘玄劫持到高陵。此时的刘玄已经成了一个光杆司令，毫无办法，只得派刘恭到樊崇那里请降，屈膝下跪，奉上玉玺。刘盆子一言不发，张卬和王匡等人一心要杀刘玄，众人都不敢相劝，幸亏樊崇求情，刘玄才暂时保住了头颅。光武帝刘秀还记着刘玄的情谊，下诏封刘玄为淮阳王，所以史学家后来都把淮阳王作为刘玄的头衔。
刘玄暂时苟且偷生，也不过是个寄生虫。不过那些赤眉军，却十分暴虐凶残，长安一带的百姓苦不堪言，他们反而觉得刘玄较为宽厚，于是有人打算将刘玄救出来，仍旧拥戴他做皇帝，幸好刘秀的部将邓禹扫平河东，渡河西进，沿途秋毫无犯，关中人民才将打消了救刘玄的念头，只等邓禹来打跑那些赤眉军。不过邓禹老成持重，不肯快速进兵，先收复了附近的郡县，然后等待时机攻打长安的赤眉军。
张卬等人恨刘玄入骨，听说有人准备救他出去，正好借口把刘玄杀死，于是和樊崇说明利害关系，将刘玄骗到郊外，用绳子勒死，草草下葬了事。刘玄这个过渡皇帝，在位两年有余，最后得到的却是这般结局，也算是咎由自取。后来邓禹进长安，奉刘秀之命，将刘玄的三个儿子刘求、刘歆、刘鲤封爵，将刘玄的陵墓徙到霸陵。
刘秀即位这一年，本来是更始三年六月，史学家因刘秀登基，汉室开始中兴，与刘玄失败不同，所以将正统归于刘秀，称刘秀为汉光武皇帝。
翻看历史，夏朝的少康和周朝的宣王都曾经光复过国家，因此被后人传为美谈，汉光武帝刘秀中兴汉朝，也是惊天动地的事业，刘玄自不量力，自然不能和他相提并论。不过，刘玄失败的原因只是实力不够，并非是暴政亡国，因此子孙才能够得到保全，并且享受朝廷的赏赐，也算是事出有因。
