自王莽篡漢自立新朝開始，廣大劉姓皇室成員就無不以復興劉氏漢家天下為己任，暗中積極進行活動。新朝亂政，天下大亂，綠林、赤眉等大規模農民起義在全國風起雲湧的時候，各地劉氏皇族紛紛揭竿而起，投身於反新莽、復劉漢的鬥爭之中。其中，以劉秀為代表的長沙王后裔一支，在反新莽起義中異軍崛起，最後推翻新政，平定群雄，光復漢室。中國歷史從此便又被拉回到劉姓統治的時代。
劉秀是西漢皇室後裔，長沙定王劉發之子舂陵節侯劉買的後代。劉秀自幼好讀書，有志向，又能刻苦耐勞。他年輕時多歷磨難，少時在鄉間耕讀，9歲喪父，由叔父劉良撫養。劉秀13歲時，西漢被王莽篡奪。20歲時，他到長安入太學。太學畢業後回到南陽(今湖北棗陽)，不久因受牽連逃到新野(今河南新野)，曾一度被捕入獄，出獄後仍回南陽故鄉，繼續過耕田種地讀書交友的生活。
劉秀的長兄劉也是一位為人剛毅有大志的優秀皇族後裔。王莽篡漢後，他不惜傾家蕩產，廣交天下英雄豪傑，收養俠義之士，暗中積蓄力量，決心恢復漢家天下。劉秀年輕時深受哥哥的影響。公元22年十月，當農民起義在全國各地風起雲湧、綠林軍進逼南陽時，劉秀和長兄劉在舂陵老家組織起一支以舂陵劉氏宗室子弟為骨幹的「舂陵兵」，響應綠林軍。不久，劉、劉秀率部加入綠林軍，與綠林軍一起多次擊敗王莽軍隊，成為綠林軍中一支很重要的力量。
公元23年二月，綠林軍擁立漢室後裔劉玄為帝。劉玄本是劉氏皇室中一個平庸的成員，毫無雄才大略和帝王資質。公元22年七月，平林人陳牧率千餘人起義，響應綠林軍，號稱「平林兵」。正在這裡避難的劉玄參加平林兵，從此走上反新復漢的道路。因為他是皇族成員，而平林起義軍在反王莽鬥爭中需要借助劉氏宗族的號召力，便將劉玄推上皇帝寶座。劉玄能登上帝位，純粹是因為比劉秀兄弟參加起義早的緣故。
劉玄即位後，改年號為「更始」。劉被任命為大司徒，劉秀則任太常偏將軍。劉玄稱帝后，令劉攻打南陽，又派王鳳、劉秀等率軍北攻昆陽。在昆陽一役中，劉秀以非凡的軍事才能，一舉消滅了王莽軍隊主力，創造了世界軍事史上一次以少勝多的優秀戰爭範例，這便是歷史上著名的「昆陽大捷」。
當時，王莽下令大司徒王尋、大司空王邑發精兵42萬，號稱百萬，圍攻昆陽(河南葉縣)城。劉秀從容自若，說：「今莽軍多，我軍小。如果我們拉力抗爭，尚可取勝，如果望風解散，必至玉碎，萬難瓦全。」又勸說王鳳、王常等率八九千人守城，自己與李軼、宗佻率壯士十人，夜晚潛出南門，疾奔郾城和定陵發兩邑守兵數千人進援。又率敢死隊三千人直衝莽軍中堅，擊殺王尋，莽軍陣亂。昆陽城守軍乘勝出戰，內外合攻，莽軍大敗。王邑率數千敗兵逃往洛陽;嚴尤、陳茂投降汝南郡割據者劉望。
昆陽之戰的勝利，使王莽的主力喪失殆盡。接著，起義軍乘勝直搗長安。更始元年十月，綠林軍攻克長安，斬殺王莽，新朝滅亡。同月，劉玄定都洛陽。公元24年二月，劉玄遷都長安，完全恢復劉氏漢家天下。史學家柏楊曾感歎過：「這是一件千年難逢的奇跡，紊亂一團糟的龐大帝國，霎時間恢復秩序。可惜劉玄所建的漢政府，由一群無知無識的人物組成。三個月之前他們還在荒野中大喝小叫，三個月之後忽然成為國家領導人，他們還沒有被訓練出領導能力。於是，各地民變再度蜂起。這一個奇跡政權，從紀元後二三年到二五年，勉強支持三年。」
昆陽之戰結束後，起義軍陣營中的分裂也爆發了。威望日增的劉、劉秀兄弟受到綠林軍內農民將領和更始帝的猜忌和排斥。在李佚等慫恿下，劉及其部將劉稷被更始帝劉玄殺害。正將兵在外的劉秀聞兄遇害，自知勢孤，遂強忍悲痛，迅速馳回宛城，向更始帝「謝罪」，不和劉的舊屬往來，不替劉服喪，不提昆陽戰功，飲食言笑如常，終免除殺身之禍。
更始帝以為劉秀不記他的仇，反倒有點過意不去，拜劉秀為破虜大將軍，但是畢竟不敢重用。後來，長安攻下來了，王莽也給殺了。更始帝到了洛陽，才給劉秀少數兵馬，讓他到河北去招撫河北郡縣。從此，劉秀擺脫了更始諸將的直接監控，走上了獨自發展的道路。當時河北形勢紛繁複雜，各種武裝林立，群龍無首，正好讓劉秀得到一個擴大勢力的機會。劉秀依照馮異「理冤結，布惠澤」和鄧禹「延攬英雄，務悅民心」的建議，廢除王莽時期的一些苛刻法令，釋放一些囚犯，「所過郡縣，考察官吏，平遣囚徒，除王莽苛政，復漢官名;吏民喜悅，爭持牛酒迎勞」，爭得了各階層民眾以及一些地方實力派的支持，逐漸組成了建立政權的基幹力量，並在鄧禹的參贊下，暗自定下了先鞏固河北根據地，逐步奪取天下的根本大計。
劉秀在河北勢力的發展，再次引起更始帝的不安，於是以加封劉秀為蕭王作借口，下令調劉秀及其部將返回長安。暗令屯軍於邯鄲的尚書令謝躬乘便襲擊劉秀，另遣苗曾、韋順、蔡充分別任幽州牧和上谷、漁陽太守，以控制幽州精兵。劉秀覺得時機已成熟，便決定脫離更始政權，與劉玄決裂，乃「辭以河北末平，不就征」。接著，先後收斬苗、韋、蔡三人，掌握了幽州十郡突騎;繼而，用計襲殺謝躬於郵城，吞併所部6軍，清除了隱患。之後，在當地官僚和地主的支持下，劉秀消滅了假冒漢成帝兒子劉子輿而在邯鄲割據稱帝的王郎勢力，又鎮壓和收編了銅馬等100多萬農民起義軍，勢力迅速壯大，人稱「銅馬帝」。
公元25年六月，在眾將的極力擁戴勸進下，劉秀在鎬(今河北省柏鄉縣)正式即位稱帝，國號「漢」，改年號為「建武元年」，定都洛陽。至此，中國歷史又恢復了劉姓漢家天下，進入東漢時期。
劉秀復漢稱帝之時，西有更始政權，東有赤眉軍，此外，還有劉永割據豫東、皖北，隗囂割據西北甘陝、內蒙一帶，公孫述割據巴蜀、漢中，以及其他大小割據勢力。劉秀用了10多年的時間，先後鎮壓了赤眉起義軍，削平了劉永、隗囂、公孫述等各地的割據勢力，於公元36年統一全國。劉氏宗族復興漢家天下的計劃，至此才最終宣告完成。
值得稱頌的、難能可貴的是，劉秀不僅擁有奪天下之「勢」，而且具有治天下之「實」。在完成了統一大業後，劉秀不忘先祖「霸王道雜之」的古訓，採取「以柔道行之」的治國方針，致力於發展社會經濟，安撫周邊少數民族，帝國恢復了興盛局面，因此被後人譽之為「光武中興」。至此，漢王朝徹底銜接上了。