恰在此时，探马回报，王邑、王寻的先头部队已抵达昆阳城北，军阵绵延数百里，不见其后，尘埃遮天，钲鼓之声闻于数百里之外。先前主张分散的将领们，见到如此骇人的阵势，更是六神无主，不知所措。他们互相观望，发现此刻已无路可退，这才重新想起刘秀的提议，不得已，只好请刘秀继续谋划。

刘秀临危受命，展现出超凡的冷静与战略眼光。他迅速制定了坚守与求援相结合的方略。由王凤、王常等率主力坚守昆阳城，消耗、牵制敌军。他自己则承担起最危险的任务——趁敌军合围尚未严密之际，突围出去，到郾城（今河南漯河郾城区）、定陵（今河南漯河舞阳县北）一带调集援军。

是夜，刘秀精心挑选了包括骠骑大将军宗佻、五威将军李轶等在内的十三名精干骑兵，连同他自己，共十三骑，人人饱餐，马匹衔枚，悄无声息地从昆阳城南门潜出。此时，王邑大军已有部分抵达城下，营垒初立。刘秀等人凭借夜色掩护，猛冲敌营。新军猝不及防，被这区区十余骑撕开一个口子，刘秀等人竟成功突围而去！

接下来的日子里，昆阳城承受着前所未有的压力。王邑、王寻自恃兵多将广，拒绝了严尤提出的绕过昆阳直取宛城的合理建议，决心踏平这座小城，以立军威。他们驱使大军将昆阳围了数十重，列营百数，钲鼓之声震天动地。新军挖掘地道，使用冲车、橹车（楼车）等各种攻城器械，箭矢如雨点般射向城中。城中守军连出门打水都需要头顶门板以防箭矢，处境极其艰难。然而，在王凤、王常的指挥下，守军同仇敌忾，殊死抵抗，一次次击退了新军的疯狂进攻，将这座小城变成了消耗新军锐气与时间的泥潭。

与此同时，刘秀一行马不停蹄，日夜兼程，赶到了郾城、定陵。起初，这两地的将领们贪惜既得的财物，不愿全力出兵救援。刘秀再次展现出他的决断与口才，他正色道：“今若破敌，珍宝万倍，大功可成；如为所败，首领无余，何财物之有！”（现在如果能打败敌人，得到的珍宝会是现在的万倍，大功也可成就；如果被敌人打败，脑袋都保不住，还有什么财物可言！）一语点醒梦中人，诸将遂下定决心。

刘秀集结了郾城、定陵的全部兵力，约万余人，火速回援昆阳。他亲自率领步骑兵千余人为前锋，距离王邑大军四五里处列阵。王邑、王寻见汉军援兵数量稀少，心生轻视，只派了数千人迎战。刘秀一马当先，冲向敌阵，亲手斩杀新军数十人！部将们惊讶不已，纷纷议论：“刘将军平生见小敌怯，今见大敌勇，甚可怪也！”（刘将军平时见到小股敌人显得胆怯，今天见到大敌反而如此勇敢，真是太奇怪了！）他们不知道，这正是刘秀的非凡之处，静若处子，动若脱兔，关键时刻，敢于亮剑，身先士卒以激励士气。

初战告捷，汉军士气大振。刘秀趁机大造声势，假传宛城已被更始大军攻克的捷报，并将书信射入昆阳城中，同时也故意让一些信件落入新军之手。一时间，昆阳城内守军欢声雷动，士气倍增；而新军将士则人心惶惶，士气受挫。

刘秀抓住战机，再次精选三千人的敢死队，从城西水上，直冲新军的中军大营。王邑、王寻依旧轻敌，认为凭借中军兵力足以应付，竟下令各营约束部队，不得擅自行动。这无异于自缚手脚，使得庞大的兵力无法有效协同。刘秀率领三千敢死队，如同锋利的尖刀，直插新军心脏。他们无不以一当百，冲杀之下，新军阵脚大乱。混战之中，副帅王寻被汉军斩杀！

主帅一死，中军溃乱。此刻，昆阳城内的守军见援军得手，也鼓噪而出，内外夹击。喊杀声震天动地。恰在此时，天色骤变，狂风大作，雷雨交加，屋瓦皆飞，雨下如注。王莽军中驱赶的虎豹猛兽，受惊之下，四处狂奔，践踏营垒。新军本就士气低落，指挥失灵，又遭此天变，顿时彻底崩溃，兵败如山倒，士卒们争相逃命，互相践踏，死者枕籍，百余里内，尸横遍野。

溃散的士兵在逃跑途中，又遇到因河水暴涨而被淹死的，不计其数。王邑、严尤、陈茂等人仅率领少数长安骑士，踏着溺死者的尸体，狼狈渡河逃回洛阳。汉军缴获了新军全部的军实辎重，“车甲珍宝，不可胜算”，搬运了几个月都没搬完，最后只好将剩下的烧掉。

昆阳一战，刘秀以其卓越的战略眼光、无畏的勇气和临机决断的能力，创造了中国历史上着名的以少胜多的辉煌战例。此战，彻底摧毁了王莽新朝的主力部队，敲响了新莽政权覆灭的丧钟。刘秀之名，威震天下，不再仅仅是“刘伯升之弟”或那个“谨厚”的田舍郎，而是一位智勇双全、力挽狂澜的英雄将领。然而，巨大的声望，也为他带来了潜在的危机。更始帝刘玄及其身边的目光，开始更多地、且带着猜忌地，投注在这位迅速崛起的宗室将军身上。