公孫述見吳漢和公孫宮大軍就要逼近成都，蜀軍人心渙散，乃對延岑說：“事當奈何？”延岑說：“男兒當死中求生，豈可坐窮乎！財物易聚耳，不宜有愛。”公孫述乃悉散金帛，募敢死士五千餘人，以陪延岑於市橋，延岑偽建旗幟，鳴鼓挑戰，吳漢率大軍出，延岑潛遣奇兵出吳漢軍後，吳漢不知，率軍殺來，延岑與之惡戰，突然，後軍大亂，吳漢心慌，延岑拚死廝殺，吳漢之戰馬被混亂的士兵衝擊，吳漢不幸從馬上掉下，眼看墮水，吳漢一把抓住馬尾，馬往前奔，吳漢才得以上岸，延岑前後猛擊，漢軍大敗，吳漢和亂軍落荒奔回營。延岑得勝，大饗將士，延岑數挑戰，吳漢不出。十一月，臧宮軍至鹹門，臧宮連屠大城，兵馬旌旗甚盛，乃乘兵入小雒郭門，曆成都下，至吳漢營，飲酒高會。漢見之甚歡，對臧宮說：“將軍向者經虜城下，震揚威靈，風行電照。然窮寇難量，吾差點送命，還營願從它道矣。”藏宮不從，說：“公孫述氣數已盡，延岑乃敗軍之將，吾何懼之。”複路而歸，蜀軍亦不敢靠近。明日，臧宮進軍鹹門，公孫述視占書，雲“虜死城下”，大喜，乃自將三萬人攻吳漢，使延岑拒宮。延岑與臧宮大戰，延岑三戰三勝。公孫述與吳漢自早上打到日中，述軍士不得食，個個都疲勞，吳漢使護軍高午、唐邯將數萬銳卒擊之，述兵大亂，高午一劍刺進公孫述的胸膛，述墜馬，左右護闕連忙扶其入城。延岑知道公孫述戰敗，自己也領軍奔回成都，公孫述自知不能活命，乃對延岑說：“吾命不久矣，君將蜀國，勉之。”言訖，斷氣。明旦，延岑投降，吳漢大怒說：“汝等戰敗乃降，西蜀一戰差點要吾之性命。”乃下令斬延岑及公孫述妻子，並把公孫述首級傳送洛陽，盡滅公孫氏，縱兵大掠成都。兵士們惡戰兩年，一聽到主帥之命令，燒殺搶掠，把西南第一繁華大都變成人間地獄。
光武帝聞吳漢放兵大掠成都，怒，以書譴吳漢說：“公討伐南陽之時，已令朕無麵目見家鄉之父老，今又大掠成都，甚失孤望。公領兵縱橫四海，孤本想讓汝名流芳千古，無奈公暴戾太甚，此為汝一生之所汙，朕故知‘金無足赤，人無完人’，但人如果評脾氣行事，一定會大失人心，希望汝謹記之。”又讓吳漢副將劉尚說：“城降三日，吏人從服，孩兒老母，口以萬數，一旦放兵縱火，聞之可為酸鼻！尚宗室子孫，嚐更吏職，何忍行此？良失斬將吊人之義也！”吳漢得到光武帝之書，誠惶誠恐，上書請罪，劉尚也上書請罪，光武帝以吳漢功大、劉尚乃宗族，乃赦免不究。光武帝聽聞常少、張隆勸述降，公孫述不從，並以憂死。乃下詔追贈少為太常，隆為光祿勳，以禮改葬之。其忠節誌義之士，並蒙旌顯。程烏、李育等以有才幹，皆擢用之。蜀地新定，光武帝拜臧宮為廣漢太守，令吳漢領軍還。明年正月，吳漢振旅浮江而下，至家鄉宛，詔令過家上塚，賜穀二萬斛，大饗將士。
十八年，蜀郡守將史歆反於成都，自稱大司馬，攻太守張穆，穆逾城走廣都，歆遂移檄郡縣，而宕渠楊偉、徐容等起兵幾千人以應之。光武帝以史歆昔為岑彭護軍，曉習兵事，故遣吳漢率劉尚及太中大夫臧宮將萬餘人討之。吳漢與劉尚入武都，乃發廣漢、巴、蜀三郡兵圍成都，百餘日城破，誅殺史歆全家及擁護其起兵之將領。乃率精兵三萬乘桴沿江下巴郡，徐容對楊偉說：“吳漢乃殺人不眨眼之魔鬼，並且用兵如神，現在率大軍到來，我等一定被其滅族。”楊偉惶恐說：“既然這樣就解散落草為寇吧。”楊偉、徐容一哄而散，吳漢誅其渠帥二百餘人，徙其黨與數百家於南郡、長沙，凱旋而還。
十九年，妖巫維汜弟子單臣、傅鎮等，複妖言相聚，入原武城，劫吏人，自稱將軍。光武帝於是遣臧宮將北軍及黎陽營數千人圍之。賊穀食多，臧宮數攻不下，士卒死傷甚眾。光武帝召公卿諸侯王問方略，皆說“宜重其購賞”。東海王劉莊對光武帝說：“妖巫相劫，勢無久立，其中必有悔欲亡者。但外圍急，不得走耳。宜小挺緩，令得逃亡，逃亡則一亭長足以禽矣。”光武帝然之，即敕宮徹圍緩賊，賊眾分散，遂斬單臣、傅鎮等。蜀地平。