再说被邓禹活生生拖下水的冯异，跟着邓禹惨败，与军众失散，弃马步行，走回谿阪，侥幸逃得性命，与麾下数人归营，收集散卒，招募营保，又拼凑起数万人，与赤眉军约期再战。
冯异精选壮士三千，换上赤眉军的衣服，预先埋伏于道路两侧。天明，赤眉军驱先锋万人来战，冯异遣数千人相迎。赤眉军见冯异势弱，以为其兵力不过如此，于是尽出主力，试图一口吞掉冯异。冯异这才悉出大军迎战。
直战至太阳西斜，赤眉军气衰，冯异伏兵尽起，衣服相乱，赤眉军不能识别，众遂惊溃。冯异一路追击，大破赤眉军于崤底，降其男女八万人。
捷报传来，刘秀大喜，特赐诏书，慰劳冯异曰：“赤眉破平，士吏劳苦，始虽垂翅回谿，终能奋翼黾池，可谓失之东隅，收之桑榆。方论功赏，以答大勋。”
公元二十七年正月，刘秀亲临宜阳坐镇，静待赤眉军自投罗网。
赤眉军崤底一败，余众尚剩十余万人，然而已精锐尽丧，加上粮食匮乏，东归之心越发急切，慌不择路，只能硬着头皮往前闯。赤眉军行至宜阳，正遇刘秀亲勒六军，严阵以待。
赤眉军早已不是当初的赤眉军，饥寒交迫，心丧胆裂，忽遇大军，惊震不知所为，只得遣刘恭谈判投降，问刘秀道：“盆子将百万众降，陛下何以待之？”
刘秀答道：“待汝以不死耳。”
赤眉军已是走投无路，不投降只有两个后果，要么战死，要么饿死；投降的话，至少还能保命。首领樊崇于是领皇帝刘盆子及丞相徐宣以下三十余人肉袒归降，献传国玉玺及从刘玄处缴获的落星剑。刘秀将传国玉玺自留，而以落星剑为长兄刘縯殉葬。
刘秀命赤眉军将士尽解兵器甲胄，堆于宜阳城西，高与熊耳山齐。又命县厨赐食，赤眉军将士皆得饱餐。
次日清晨，刘秀大陈兵马于洛水之滨，命赤眉军列而观之。刘秀挑衅地看着一众赤眉军首领，说道：“有没有后悔投降？我现在可以放你们回去，归营勒兵，和我一决胜负，免得你们口服心不服。”
赤眉军首领中，唯徐宣能识字，善应对，乃公推徐宣作答。徐宣叩头道：“臣等出长安东都门，君臣计议，归命圣德。百姓可与乐成，难与图始，故不告众耳。今日得降，犹去虎口归慈母，诚欢诚喜，无所恨也。”
刘秀见徐宣所答，倒也文辞可观，大笑道：“卿所谓铁中铮铮，庸中佼佼者也。”又指赤眉军诸首领，晓谕道，“诸卿大为无道，所过皆夷灭老弱，溺社稷，污井灶。然犹有三善：攻破城邑，走遍天下，本故妻妇无所改易，是一善也；立君能用宗室，是二善也；余贼立君，迫急皆持其首降，自以为功，诸卿独完全以付朕，是三善也。”于是尽收赤眉军之兵，置赤眉军各首领与妻子于洛阳，每人赐宅院一处、田地二顷。
本年夏，樊崇、逄安谋反，诛死。杨音在长安时，曾对刘秀叔父刘良有恩，因此得以赐爵关内侯，与徐宣俱归乡里，善终于家。谢禄则被刘恭刺死，为刘玄复仇。刘秀怜刘恭之义，赦而不诛。
至于赤眉军拥立的皇帝刘盆子，刘秀见其年少无知，心甚怜之，赏赐颇厚，封为赵王郎中。刘盆子日后双目失明，刘秀又特地在荥阳划出一块地皮，建为市集，以市集之税供养刘盆子终身。
纵横一时的赤眉军，就此灰飞烟灭，其规模之巨、为祸之烈，前此未曾有之，后来也罕有其匹。而赤眉军从西汉皇陵盗取的那些惊人宝藏，随着赤眉军的消失，也神秘地不知所终，成为中国历史上的一大疑案。
赤眉军既灭，刘秀大军撤回洛阳，开始全力经营中原。整个关中地区，则全权交托在了冯异手上。
赤眉军虽去，关中仍是一锅乱粥：延岑据蓝田，王歆据下邽，芳丹据新丰，蒋震据霸陵，张邯据长安，公孙守据长陵，杨周据谷口，吕鲔据陈仓，角闳据汧，任良据鄠，汝章据槐里，各称将军，拥兵多者万余，少者数千人，转相攻击。其中以延岑最具实力和野心，自称武安王，拜置牧守，意图霸关中为己有。
冯异且战且行，屯军上林苑中。延岑引张邯、任良来攻冯异，冯异击破之，斩首千余级。延岑败走攻析，冯异追击，大破之，降八千余人。延岑就此一蹶不振，自武关走南阳，遁出关中。冯异从此威震关中，四方豪杰先后归降。
冯异在关中根基渐固，兵食日盛，于是诛豪杰不从令者，褒赏降附有功劳者，悉遣其渠帅诣洛阳，散其众归本业，务农桑，关中悉平。蜀帝公孙述素有图谋关中之心，数度遣兵来犯，皆为冯异击溃。
冯异主掌关中，怀抚郡县，申理枉结，出入三岁，上林成都，百姓归心，私下尊号冯异为“咸阳王”。