刘秀探听到敌人的大本营在昆阳城西的河边，还探听到王邑、王寻仗着兵力强大，又有河流作屏障，大本营的防备不免松懈。于是刘秀带着三千名敢死队直捣敌人的巢穴。当汉军敢死队冲到新军大本营门口的时候，王邑、王寻才从睡梦中惊醒，匆匆忙忙地带兵迎战。汉军由于连日得胜，士气旺盛，个个以一当百；新军由于接连吃败仗，士气低落，都在设法后退保命。双方一接解，新军顷刻大乱，汉军勇猛向前冲杀，把新军的主将王寻杀死，把新军队伍打得七零八落，溃不成军。昆阳城里的守军趁着城西激战的时候，由王凤、王常率领，擂响战鼓，呐喊着冲杀出来，与援军前后夹攻敌人。
     王邑见王寻被杀，自己已经腹背受敌，骑着马赶快逃命。新军士兵们见主将逃走，有的投降了汉军，有的撒开两腿跟在王邑的马后逃跑。前面的人被撞倒了，后面的人也顾不得扶起他们，就从他们身上践踏过去，这样互相践踏而死的就有一千多人。王邑带着残兵败将拼命奔跑了一百多里路，逃到[zhì]水（汝河的支流，流经昆阳北边边上，正赶上一阵狂风暴雨，河水漫出河床。士兵们为了逃命，争着渡河，有些人顾不得水深流急，跳进水里，想游到对岸去，结果淹死了好几万人，把河流都堵塞了。王邑、严尤等丢掉了军器、辎重、战车和抢来的珍宝，骑着马，踩着死尸渡过水，逃回洛阳，点点人数，四十二万人只剩下了几千人。战争结束，刘秀、王凤、王常等派人打扫战场，光是收拾缴获的战利品，就费了一个多月的时间。
     昆阳大战中，昆阳城里的汉军八九千人，加上外来的几千援军，总共才一万多人，却打败了王莽新军四十二万人。这是中国古代历史上弱军战胜强军的著名战例之一。昆阳大战以后，更始皇帝刘玄派农民军领袖王匡攻打洛阳，派另一支军队攻打长安。因为王莽新军的主力在昆阳大战中已经崩溃，所以攻打长安的这支汉军很快就打到长安城下，从东北方的宣平门攻入城内。长安城内的市民在少年朱弟、张鱼的号召下起义，跟汉军一同围攻王莽的宫殿。攻破宫殿大门之后，商人杜吴跑在最前面，他一口气冲上宫中的渐台，杀死了王莽。起义军战士跟着上了渐台，他们出于对王莽的阶级仇恨，一块块地分割了王莽的尸体。至此，篡夺了西汉天下的王莽，在维持了十五年的反动统治之后，终于彻底灭亡了。在昆阳大战中立了大功的刘秀，声誉大大提高，他开始以此为资本，进一步扩大势力，篡夺农民革命战争的胜利果实，最后当上了皇帝，建立了东汉王朝。