北匈奴一再求和，群臣议论纷纷，难以决断。司徒掾班彪上书请光武帝暂时与他们修和。光武帝看了班彪的奏折后，觉得很有道理，就照他的意思做了。恰逢沛太后郭氏得病身亡，光武帝命东海王刘强将她奉葬在北邙，并命大鸿胪郭况的儿子郭潢为郎官，让他迎娶淯阳公主。然后又加封鲁地给东海王刘强，特赐虎贲、旄头、钟簴，迁封鲁王刘兴为北海王。自东海王刘强以下的皇子，虽然都被封为王，但都留居在都中。当时众王广结宾客，门客多则几百人，少的也有几十人。王莽堂兄王仁的儿子王磐，自王莽被灭后，有幸免祸，家中还像以前一样富有，平时乐善好施，在江淮一带很有名气。不久，又在都中逗留，与士大夫多有往来，名声越来越大，列侯公卿都喜欢与他结交，连众王府第中，也常见王磐的身影。
前伏波将军马援有一个侄女，嫁给王磐为妻。马援听说王磐与群臣结交，更加为王磐担忧，曾对姐姐的儿子曹训说：“王氏家族被废，王磐理应居住家中，现在反而在都中游荡，一味追求声誉，我担心他难免会遭殃啊！”不久又听说王磐的儿子王肃往来于北宫及王侯的府第，就对司马吕种说：“众皇子正值壮年，皇上任由他们结交宾客，将来必兴大狱！你们要预先做好打算，免得被株连！”吕种似信非信，以为众王势力很大，不会有事，因此将马援的话抛在脑后，也在藩邸中奔走，大献殷勤。
哪知郭氏死后，便有人上书，说王肃父子漏网余生，却成为王侯的宾客，应加以提防。光武帝看到后，极为气愤，便令郡县抓捕王肃父子以及诸王的宾客，辗转牵连，下狱一千多人。吕种遭到牵连，不禁后悔，说道：“马将军真是神人啊！”但祸已临头，后悔也来不及了，就算没有什么大罪，至此也无从申辩。事有凑巧，此时又出了一桩杀人大案。从前刘玄战败后，光武帝曾封刘玄的儿子刘鲤为寿光侯。刘鲤因为父仇，迁怒于刘盆子兄弟，于是将刘盆子的兄长刘恭刺死。刘鲤与沛王刘辅关系较好，案子牵涉到沛王，所以刘鲤下狱之后，沛王也一同被拘禁。光武帝恨上加恨，于是将王肃父子连同诸王宾客全部处死。沛王在狱中被关了三日，经王侯等人极力求情，才得以出狱。光武帝让众皇子全部到封地去，不准再留在都城。
皇太子刘庄年龄越来越大，光武帝想为他挑选师傅，就封张佚为太子太傅，博士桓荣为太子少傅。桓荣是沛郡人，家境贫寒，威望比张佚高，年少时曾游学于长安，跟随朱普学习《尚书》。建武十九年，才做了大司徒掾属，那时已经六十多岁。弟子何汤是虎贲中郎将，在东宫教授《尚书》。光武帝曾问何汤的老师是谁，何汤回答说是桓荣，光武帝就召桓荣觐见，让他讲解《尚书》。后来又提升桓荣为议郎，不久又提升为博士。桓常在东宫留宿，朝夕讲解经书。太子刘庄很尊敬他，桓常做太子少傅时，已经七十多岁了。
建武三十年仲春，光武帝启驾东巡。走到济南，随从御驾的众臣，都上书称颂光武帝的功德，说应在泰山实行封禅大礼，光武帝不肯答应，群臣也不敢再说。等到光武帝东巡完毕，就起驾回宫。
过了两年，已是建武三十二年。光武帝偶然读起《河图会昌符》，不禁迷信起来，于是命虎贲中郎将梁松，查阅有关封禅的事情。司空张纯等人依从皇上的意思，上书请求封禅。奏折呈进去之后，立即被批准。司空张纯忙将汉武帝封禅的旧例写成文章呈进去。光武帝认为汉武帝封禅时，曾有御史大夫随行，于是依照旧例，把张纯升为御史大夫，命他伴驾东行。沿途的仪仗，比以前更为华丽。到了东岳，按照汉武帝的仪式祭礼一番。封禅大典完成后，正准备回都，不料张纯突然得病，医治无效，没过几天，就一命呜呼了。
光武帝很是扫兴，立即调拨张纯的从吏护丧，自己也匆匆回宫。不过，既然举行了封禅大典，不得不按照旧例大赦天下，减免泰山郡一年的田租，并改建武三十二年为中元元年，提升太仆冯鲂为司空。哪知司徒冯勤也一病不起，光武帝更加懊恼，就不再让人补这个空缺，直到孟冬，才封司隶校尉李欣为司徒。群臣还想奉承，有的说都中有甘泉涌出，有的说都下有红草，生长茂盛。一群公卿大夫甚至说应令太史把国内的事情编撰下来，传于后世。多亏光武帝英明，不肯听从，所以史官只略微记载了几件事，没有大肆铺张。
此时恰逢冬祭，光武帝让司空祭祀高庙。此后修明堂、筑灵台，又在北郊设立祭坛，费了很多人力、财力才完成。以前光武帝听从强华的话，最终登上帝位。等四方盗贼兴起，又依次铲平后，光武帝更加迷信起来。给事中桓谭曾上书劝谏，光武帝看完后，心中很不高兴。后来在选择灵台的建筑地点时，光武帝想依据谶文来做决定，桓谭极力劝阻，光武帝大怒：“桓谭不法，罪当处死！”桓谭又惊又怕，把头都磕出了血，才得到宽恕，被降为六安郡丞。桓谭怏怏上路，不久病逝，享年七十多岁。
大中大夫郑兴，因光武帝对他说祭祀之事要依照谶文，郑兴直言答道：“臣不看谶文。”光武帝生气地说：“你不看谶文，莫非不相信它吗？”郑兴慌忙叩头谢罪：“臣生性愚昧，书读的不多，并非不相信谶文。”光武帝这才作罢。后来郑兴被侍御史弹劾，说他出使成都时，私自购买奴婢，光武帝于是把郑兴贬为莲勺令。郑兴上任后，正想修整城郭，又被朝廷罢官，回到开封原籍。郑兴回家之后，不再出仕为官，得以寿终正寝。
中元二年二月，光武帝在南宫前殿驾崩，享年六十三岁。总计光武帝在位，共三十三年，在舂陵起兵，历尽艰险，最终削平群雄，可见他智勇深沉，不比高祖逊色。等到天下平定，又重用文吏，比起高祖谩骂儒生，诛杀功臣，实在是功德无量啊！
光武帝驾崩之后，太子刘庄继位，史称孝明皇帝。