此時宛城在綠林軍的長期圍困下，內無糧草，外無援軍，宛城守將終於被迫投降。但是這個消息並未傳到昆陽，劉秀為了進一步鼓舞士氣，瓦解敵軍鬥誌，假傳宛城已破，綠林軍主力不出幾日就會增援昆陽。他將這一消息寫成密信，射進昆陽城內，同時故意讓王莽的士兵得到。王莽軍隊獲此消息後，大為沮喪，一個小小的昆陽尚且苦戰不下，如果綠林軍主力前來增援則更無勝算。
在心理上取得絕對優勢後，劉秀決定對王邑的中堅發起進攻，使其喪失指揮功能，造成內部混亂，再乘機破敵，解除昆陽之圍。劉秀挑選三千勇士組成敢死隊，迂回到城西，涉過昆水，直攻王邑中堅。王邑、王尋輕視劉秀，自以為很容易將其擊潰，因而隻率領萬餘人巡視陣地，並下令各營嚴格管束自己的部隊，在沒有得到命令的情況下不準擅自出兵。王邑、王尋親率一萬餘人迎戰劉秀，一經交鋒就被劉秀率領的綠林軍敢死隊擊潰。王邑其他部隊因為沒有得到命令，所以不敢輕舉妄動，王邑、王尋就這樣在沒有人支援的情況下被擊垮，王尋在陣中被斬殺。因為王邑、王尋的潰敗，王莽軍失去指揮中樞，頓時陣腳大亂。昆陽城內的綠林軍見劉秀大勝，於是打開城門衝殺出去，與劉秀內外夾攻。王莽的軍隊是由被強迫征來的貧苦百姓組成的，他們本來對王莽就懷有怨恨，遭此內外夾攻，更是無心戀戰，紛紛丟盔棄甲而逃，王莽四十二萬大軍迅速土崩瓦解。綠林軍大獲全勝，繳獲的輜重、軍備等各種戰利品堆積如山，一連搬了一個多月都沒有搬完。
昆陽一戰，綠林軍消滅了王莽的主力軍隊，加速了王莽新朝的滅亡。劉秀在此戰中樹立了威信，為以後建立東漢王朝奠定了基礎。
赤眉軍：是中國古代著名的農民起義軍之一。新莽末年，天下大亂之際，一支農民起義軍在樊崇的帶領下，以泰山山區為根據地，轉戰山東、江蘇一帶。幾年之間，隊伍迅速發展到數萬人。為了便於與敵人區分，士兵都將眉毛染成赤紅，所以稱“赤眉軍”。
綠林軍：是新莽末年興起的一支農民起義軍，因為最初經常隱藏在綠林山中（今湖北京山境內），所以被稱作“綠林軍”。新莽末年，天災人禍不斷，荊州一帶出現嚴重饑荒，許多饑民聚集在一起，共推王匡、王鳳為首領，形成了這樣一支武裝力量。
劉：是東漢光武帝劉秀的同胞哥哥。新莽末年，他與劉秀等人率七八千人起義，號“舂陵兵”，自稱柱天都部，後與綠林軍合並。更始政權建立後，被任命為大司徒。昆陽之戰後，因為功勞卓著而遭到猜忌被殺。