自王莽篡汉自立新朝开始，广大刘姓皇室成员就无不以复兴刘氏汉家天下为己任，暗中积极进行活动。新朝乱政，天下大乱，绿林、赤眉等大规模农民起义在全国风起云涌的时候，各地刘氏皇族纷纷揭竿而起，投身于反新莽、复刘汉的斗争之中。其中，以刘秀为代表的长沙王后裔一支，在反新莽起义中异军崛起，最后推翻新政，平定群雄，光复汉室。中国历史从此便又被拉回到刘姓统治的时代。
刘秀是西汉皇室后裔，长沙定王刘发之子舂陵节侯刘买的后代。刘秀自幼好读书，有志向，又能刻苦耐劳。他年轻时多历磨难，少时在乡间耕读，9岁丧父，由叔父刘良抚养。刘秀13岁时，西汉被王莽篡夺。20岁时，他到长安入太学。太学毕业后回到南阳(今湖北枣阳)，不久因受牵连逃到新野(今河南新野)，曾一度被捕入狱，出狱后仍回南阳故乡，继续过耕田种地读书交友的生活。
刘秀的长兄刘也是一位为人刚毅有大志的优秀皇族后裔。王莽篡汉后，他不惜倾家荡产，广交天下英雄豪杰，收养侠义之士，暗中积蓄力量，决心恢复汉家天下。刘秀年轻时深受哥哥的影响。公元22年十月，当农民起义在全国各地风起云涌、绿林军进逼南阳时，刘秀和长兄刘在舂陵老家组织起一支以舂陵刘氏宗室子弟为骨干的“舂陵兵”，响应绿林军。不久，刘、刘秀率部加入绿林军，与绿林军一起多次击败王莽军队，成为绿林军中一支很重要的力量。
公元23年二月，绿林军拥立汉室后裔刘玄为帝。刘玄本是刘氏皇室中一个平庸的成员，毫无雄才大略和帝王资质。公元22年七月，平林人陈牧率千余人起义，响应绿林军，号称“平林兵”。正在这里避难的刘玄参加平林兵，从此走上反新复汉的道路。因为他是皇族成员，而平林起义军在反王莽斗争中需要借助刘氏宗族的号召力，便将刘玄推上皇帝宝座。刘玄能登上帝位，纯粹是因为比刘秀兄弟参加起义早的缘故。
刘玄即位后，改年号为“更始”。刘被任命为大司徒，刘秀则任太常偏将军。刘玄称帝后，令刘攻打南阳，又派王凤、刘秀等率军北攻昆阳。在昆阳一役中，刘秀以非凡的军事才能，一举消灭了王莽军队主力，创造了世界军事史上一次以少胜多的优秀战争范例，这便是历史上著名的“昆阳大捷”。
当时，王莽下令大司徒王寻、大司空王邑发精兵42万，号称百万，围攻昆阳(河南叶县)城。刘秀从容自若，说：“今莽军多，我军小。如果我们拉力抗争，尚可取胜，如果望风解散，必至玉碎，万难瓦全。”又劝说王凤、王常等率八九千人守城，自己与李轶、宗佻率壮士十人，夜晚潜出南门，疾奔郾城和定陵发两邑守兵数千人进援。又率敢死队三千人直冲莽军中坚，击杀王寻，莽军阵乱。昆阳城守军乘胜出战，内外合攻，莽军大败。王邑率数千败兵逃往洛阳;严尤、陈茂投降汝南郡割据者刘望。
昆阳之战的胜利，使王莽的主力丧失殆尽。接着，起义军乘胜直捣长安。更始元年十月，绿林军攻克长安，斩杀王莽，新朝灭亡。同月，刘玄定都洛阳。公元24年二月，刘玄迁都长安，完全恢复刘氏汉家天下。史学家柏杨曾感叹过：“这是一件千年难逢的奇迹，紊乱一团糟的庞大帝国，霎时间恢复秩序。可惜刘玄所建的汉政府，由一群无知无识的人物组成。三个月之前他们还在荒野中大喝小叫，三个月之后忽然成为国家领导人，他们还没有被训练出领导能力。于是，各地民变再度蜂起。这一个奇迹政权，从纪元后二三年到二五年，勉强支持三年。”
昆阳之战结束后，起义军阵营中的分裂也爆发了。威望日增的刘、刘秀兄弟受到绿林军内农民将领和更始帝的猜忌和排斥。在李佚等怂恿下，刘及其部将刘稷被更始帝刘玄杀害。正将兵在外的刘秀闻兄遇害，自知势孤，遂强忍悲痛，迅速驰回宛城，向更始帝“谢罪”，不和刘的旧属往来，不替刘服丧，不提昆阳战功，饮食言笑如常，终免除杀身之祸。
更始帝以为刘秀不记他的仇，反倒有点过意不去，拜刘秀为破虏大将军，但是毕竟不敢重用。后来，长安攻下来了，王莽也给杀了。更始帝到了洛阳，才给刘秀少数兵马，让他到河北去招抚河北郡县。从此，刘秀摆脱了更始诸将的直接监控，走上了独自发展的道路。当时河北形势纷繁复杂，各种武装林立，群龙无首，正好让刘秀得到一个扩大势力的机会。刘秀依照冯异“理冤结，布惠泽”和邓禹“延揽英雄，务悦民心”的建议，废除王莽时期的一些苛刻法令，释放一些囚犯，“所过郡县，考察官吏，平遣囚徒，除王莽苛政，复汉官名;吏民喜悦，争持牛酒迎劳”，争得了各阶层民众以及一些地方实力派的支持，逐渐组成了建立政权的基干力量，并在邓禹的参赞下，暗自定下了先巩固河北根据地，逐步夺取天下的根本大计。
刘秀在河北势力的发展，再次引起更始帝的不安，于是以加封刘秀为萧王作借口，下令调刘秀及其部将返回长安。暗令屯军于邯郸的尚书令谢躬乘便袭击刘秀，另遣苗曾、韦顺、蔡充分别任幽州牧和上谷、渔阳太守，以控制幽州精兵。刘秀觉得时机已成熟，便决定脱离更始政权，与刘玄决裂，乃“辞以河北末平，不就征”。接着，先后收斩苗、韦、蔡三人，掌握了幽州十郡突骑;继而，用计袭杀谢躬于邮城，吞并所部6军，清除了隐患。之后，在当地官僚和地主的支持下，刘秀消灭了假冒汉成帝儿子刘子舆而在邯郸割据称帝的王郎势力，又镇压和收编了铜马等100多万农民起义军，势力迅速壮大，人称“铜马帝”。
公元25年六月，在众将的极力拥戴劝进下，刘秀在镐(今河北省柏乡县)正式即位称帝，国号“汉”，改年号为“建武元年”，定都洛阳。至此，中国历史又恢复了刘姓汉家天下，进入东汉时期。
刘秀复汉称帝之时，西有更始政权，东有赤眉军，此外，还有刘永割据豫东、皖北，隗嚣割据西北甘陕、内蒙一带，公孙述割据巴蜀、汉中，以及其他大小割据势力。刘秀用了10多年的时间，先后镇压了赤眉起义军，削平了刘永、隗嚣、公孙述等各地的割据势力，于公元36年统一全国。刘氏宗族复兴汉家天下的计划，至此才最终宣告完成。
值得称颂的、难能可贵的是，刘秀不仅拥有夺天下之“势”，而且具有治天下之“实”。在完成了统一大业后，刘秀不忘先祖“霸王道杂之”的古训，采取“以柔道行之”的治国方针，致力于发展社会经济，安抚周边少数民族，帝国恢复了兴盛局面，因此被后人誉之为“光武中兴”。至此，汉王朝彻底衔接上了。