宣帝多次下詔征召賢能，安置流民，減免田賦，賑濟災民，還一再派人到各地考察吏治，查處不法官員，並親自審核疑案大案。由於他來自民間，“知民事之艱難”，了解“間裏奸邪，吏治得失”，所以注重對地方官的任命和考核，對成績突出的官員及時進行獎勵和提拔。魏相、丙吉、王成、黃霸、朱邑、龔遂、召信臣等都是當時的名相良吏，趙廣漢、韓延壽、尹翁歸、嚴延年、張敞等也都稱職，“漢世良吏，以是（宣帝時）為盛”。宣帝對匈奴采取了正確的政策，沒有乘人之危，而是以隆重的禮節和豐厚的資助接納呼韓邪單於的歸附，並幫助匈奴內部恢複秩序，保持匈奴基本獨立的地位，使漢匈邊界維持了60年的和平安寧。宣帝時期實現了西漢的中興，成為與“文景之治”相似的又一個恢複和發展階段。但宣帝對外戚的過度封賞，對宦官的任用，都為此後外戚和宦官勢力的膨脹留下了伏筆。
即位的元帝（劉奭，前49～前33年在位）改變了宣帝“王霸道雜用”的策略，重用名儒學者，雖有寬政減刑、治國安邦的願望，卻缺乏切實可行的政策，更沒有打擊地主豪強的勢力，土地兼並更加嚴重，政治日益腐敗。成帝（劉驁，前33～前7年在位）時外戚王氏開始控製朝政，政治黑暗，吏治腐敗，成帝軟弱無能，隻能聽任外戚專政。哀帝（劉欣，前7～前1年）即位後，傅、丁二家外戚取代王氏，外戚專政的情況依然如故。哀帝重用嬖臣董賢，賞賜無度，誅殺規勸的大臣。哀帝死後，王氏外戚重新執政，9歲的平帝即位，政權實際已由王莽執掌。公元5年平帝死，據說是喝了王莽獻上的椒酒。次年，王莽立二歲的孺子嬰為皇太子，自己攝政（稱居攝）。至公元8年，王莽即皇帝位，國號新，西漢亡。
新朝的建立沒有給社會帶來生機，王莽的改製接連失敗，對邊疆少數民族的軍事行動和嚴重的自然災害更加速了新朝的覆滅。
最先對王莽政權發動反抗的，是受害深重的北方邊民。不久，各地相繼出現農民暴動。天鳳四年（17年），荊州饑荒，新市（今湖北京山縣東北）人王匡、王鳳聚集數百人於綠林山（今湖北大洪山）中，各地流民紛紛投奔，數月間達到七八千人，被稱為綠林軍。地皇二年（21年），荊州牧率軍鎮壓，綠林軍出山迎擊獲勝，部眾擴大到五萬餘人。次年綠林山瘟疫流行，綠林軍分路出山，一支西入南郡（治今湖北荊州市江陵），稱下江兵；一支北上南陽（治今河南南陽市），稱新市兵。平林人陳牧等率眾響應，稱平林軍，其中有西漢宗室劉玄。宗室劉績、劉秀兄弟也組成舂陵軍，與下江兵合作。綠林軍為擴大影響，擁立劉玄為皇帝，恢複漢朝，稱更始元年（23年）。王莽派數十萬大軍阻擊，前鋒十多萬人圍綠林軍於昆陽（今河南葉縣）。劉秀說服眾將堅守，自己突圍求援，其後以三千援兵擊斃敵軍主帥。與城中合兵，取得大勝。昆陽大捷後，綠林軍分兵兩路，一路北上攻克洛陽，一路西入武關（今陝西商南縣西南），直取長安。王莽危急，率群臣至南郊，告天大哭，有數千儒生、百姓因哭得悲哀而被封官。九月，更始軍入長安，王莽逃至宮內的漸台，被暴動的民眾殺死。公元24年初，更始帝由洛陽遷都長安。
另一支起義軍赤眉軍是由琅琊（今山東東南一帶）人樊崇發動的，最初在莒縣（今屬山東莒）起義，在泰山、北海（今山東境內）一帶活動。地皇三年（22年），王莽派廉丹等率十多萬軍隊鎮壓，為在戰鬥中與敵軍相區別，他們將眉毛塗紅，因而被稱為赤眉軍。赤眉軍在成昌（今山東東平縣境）擊敗王莽軍，殺廉丹，勢力大振。更始帝在洛陽時，樊崇等曾接受了他的封號，但因受到排斥，又脫離了更始。當時赤眉軍部眾想返回故鄉，軍心不穩，為防止瓦解，樊崇等決定西攻長安。公元25年，赤眉軍在華陰（今陝西華陰市東）立漢宗室劉盆子為帝。而更始內部一片混亂，演變為兵變火拚。九月，赤眉軍攻入長安，劉玄等先後投降。
更始帝在洛陽時，派劉秀鎮慰河北。劉秀收編地主武裝，消滅農民起義軍和敵對力量，在河北建立基地，脫離了更始帝。在赤眉與更始廝殺之際，劉秀乘機遣部將攻城略地。公元25年六月，劉秀在部（今河北柏鄉縣北）南即皇帝位，改元建武，恢複漢朝，史稱東漢或後漢，劉秀死後被稱為世祖光武帝。同年十月，劉秀定都洛陽。