而在西邊長安，赤眉軍攻勢非常猛烈，他們占領高陵後，立刻聚集兵力，圍攻長安。此刻長安城中由於剛剛經曆一場內訌，能征戰的兵將都在內訌中被殺或者逃亡，長安已處於無兵可守的狀態。劉玄急得團團轉，隻能讓丞相李鬆出城迎戰，自己和趙萌關閉城門，勉強把守。赤眉軍來到長安外圍後，樊崇調整兵力，一萬人為一營，共分成三十營，每營設立將帥，可以獨立行動，這樣，既能發揮兵力浩大的優勢，也不失靈活機動。
讓劉玄雪上加霜的是，被自己逼迫出去的王匡和張印感到絕望之際，放棄新豐，投降了樊祟，把自己的兵力和赤眉軍合並在一起，這樣赤眉兵力更加壯大。合兵之後，立刻開始進攻長安城東麵最北邊的東都門。李鬆在城外駐兵迎敵，本來就兵微將寡，況且這些日子，被劉玄調動著，來回奔波著和王匡等人搞內訌，已經人困馬乏，如何能敵得過如狼似虎的赤眉兵馬？沒打幾個照麵，赤眉軍便衝破了防線，李鬆猝不及防，被滾滾湧上來的赤眉軍從馬上拉下來，糊裏糊塗成了俘虜。
其他兵將見丞相都讓人家給生擒了，自然一哄而散，四下奔逃。赤眉軍乘勢肆意衝殺，把更始本來就剩餘不多的兵力秋風掃落葉般收拾個幹淨。赤眉軍把李鬆五花大綁，推搡在隊伍前邊，向長安城下逼近。恰好負責守衛東都門的將領是李鬆的弟弟李泛。他見哥哥狼狽不堪地讓人家當做盾牌，本想命令放箭投擲檑石，但又於心不忍，遲遲不敢動手。
樊崇等人要的就是這個效果。他們從容不迫地逼到城門下，樊崇衝城上厲聲大喊：“劉玄是什麼鳥玩意兒，也配當天子？！你們為他賣命，實在不值得。倒不如跟了我們，大家有肉同吃，有酒同喝，何等自在？快把城門打開，迎接我們進去，不但能把你哥哥給放了，還給你們兄弟弄個大官當當！”
李泛聽他說的雖然質樸粗野卻不無道理，略微思索一下，命令部下打開城門，迎接赤眉軍進城。就這樣，赤眉軍沒費多大力氣，就攻下了長安。是年為建武元年的九月。
聞聽赤眉軍已經進了城，劉玄驚慌失措，趕忙躲進內宮，讓人去請趙萌，共同商議對策。派去的人半天也沒回來，而外邊已經隱約傳來喊殺聲。劉玄在內殿汗流滿麵，團團亂轉著嘴裏直嘟囔：“哎呀，這可如何是好，這可如何是好？這……”
外邊的喊殺聲越來越近，看來等趙萌是來不及了，說不定這個家夥早就自己卷了財寶溜出城外了。劉玄這樣一想，才意識到自己實在太傻了，趕忙抓起玉璽，胡亂塞在懷裏，脫下那身顯眼的龍袍，溜著牆根跑到馬棚，牽出一匹馬出了皇宮。幸運的是赤眉軍還沒攻殺到這裏，街上冷清清地沒一個人影。劉玄情急之下也不辨方向，隻覺得往前走應該是北邊，北邊有廚城門。傾耳聽聽，廚城門方向上似乎沒什麼動靜，他慌忙跳上馬匹，連甩兩鞭，從廚城門逃了出去。
一路狂奔，直跑到渭水邊上，實在跑不動了，又累又餓，惶急間走投無路，簡直想一頭紮進水裏了事。正彷徨時候，過來一隊人馬。劉玄本來想躲避，仔細一看，來人自己認識，是右都尉嚴本。嚴本是自己親自派到渭水來負責防守建武漢軍的，也不知道他投降了赤眉或者建武沒有。正思謀著，嚴本也看見了劉玄，上前撲通跪倒，又是請安又是寬慰，信誓旦旦地表示自己願意護駕，請劉玄到自己軍營中暫時歇息，等待時機再卷土重來。
見嚴本這麼熱情，劉玄也不懷疑，況且也實在無路可走，便欣然跟隨嚴本去了軍營。其實劉玄根本不知道，自己一個亡國君王，嚴本哪有這份忠心保護自己。他是要把劉玄當成奇貨可居，等待機會獻給自己認為靠得住的一方，為自己謀得個官位。劉玄來到嚴本軍營後，立刻被嚴本監禁起來，押送到高陵，對外不準走漏風聲。就這樣，更始皇帝劉玄活不見人死不見屍地神秘消失了。
赤眉軍攻破長安，而更始皇帝卻下落不明。這個消息迅速在大江南北傳開。消息傳到河陽，劉秀立刻頒布詔旨：“更始破敗，棄城逃走，妻子裸袒，流徙道路。朕甚湣之。今封更始為淮陽王。吏人敢有賊害者，罪同大逆。”
詔令頒下後，了解更始朝廷內部情況的人都說，當初劉演和劉秀兄弟在更始朝廷中，處處受到牽製，並不得誌。尤其是劉演，戰功卓著，卻竟然被無辜殺害。雖然劉演被害，是王鳳和朱鮪、李軼等人亂進讒言，更始帝不過是人家的一塊招牌而已。但不管怎麼說，殺害劉演的，總歸還是他更始皇帝劉玄。說更始皇帝和劉秀有殺兄之仇也不為過。況且無論在宛城還是在洛陽，劉玄都說過要殺劉秀，若不是劉秀能忍受屈辱，善於應變，也許早就沒命了。像這麼一個人死了，劉秀應該高興，失蹤了就應該派人找見親手殺了，一解心頭之恨才對。可是人家劉秀，卻寬容到如此地步，不但不提及往日的冤仇，反而把他封為王爺，明確宣布要保護他。唉，到底是皇上，和咱平常人不一樣。難怪人家做了皇上，真是心胸寬厚，叫人欽佩呀！無論官吏將領還是普通百姓，無不從心底裏佩服，更加擁戴他們的建武皇帝。
赤眉軍占領了長安後，畢竟一幫窮苦百姓，見了京城如此多的店鋪和好東西，手癢癢得顧不上什麼軍紀不軍紀，大肆搶劫，結果耽誤了進攻皇宮的時間。等他們衝進皇宮後，卻不見了更始皇帝。樊崇等人著急了，下令關閉城門，挨家挨戶地搜索。整整忙活了兩天，更始帝卻依舊不見蹤影。他們有點著慌，雖然攻占了人家京師，但沒抓住他們頭領，對方就還有卷土重來的可能。既然硬的不行，隻好來軟的了。於是樊崇想了個主意，讓丞相徐宣起草文告，四處張貼，說更始皇帝如果自願來投降，就封他為長沙王，如果二十天後還不來自首，這個條件就自動取消，當成敵人來對待。
這個文告不但四處張貼，還派人在長安附近廣為散發。劉玄此時被軟禁在高陵，但畢竟人家還是皇帝，嚴本也不敢對他太苛刻，行動上並不太受約束，並且還讓劉玄頗信得過的大臣劉恭侍從在左右。赤眉軍所推立的劉盆子就是劉恭的弟弟。劉恭在軍營中看到長安散發的文告，忙拿了讓劉玄看。劉玄見文告上說不但不殺自己，還能封個王爺，繼續享受榮華生活，立刻動了心，激動得喜極而泣，淚流滿麵，最後手舉文告仰天哈哈大笑，仿佛瘋了一般。等高興勁頭過去，催促劉恭想辦法出去向長安送信，表示自己情願投降。
劉恭瞅個機會，偷偷溜出軍營，來到長安，向樊崇說明情況。樊崇立刻派右大司馬謝祿帶領人馬，去把劉玄給帶來。嚴本見赤眉軍來要人了，懾於人家的勢力，也不敢不答應，隻得眼睜睜地看著對方把劉玄帶走，自己白費了一番心機。
劉玄跟隨謝祿等人來到長安後，先要到長信宮請罪。昔日的皇上，今天落魄為階下囚，何等狼狽。劉玄赤裸著上身，穿一條短褲，披頭散發，戰戰兢兢地跪在金殿上，連句話也哆嗦著說不出。劉盆子端坐在禦案後的寶座上，身材矮小，雖然穿著冠冕袞服，但仍舊不脫放牛娃的氣息，談不上威嚴。但大殿兩旁站立的將領卻個個麵目猙獰，如同廟裏的惡鬼。大家看見劉玄上來，頓時指手畫腳地議論紛紛，嗡嗡嚶嚶地亂成一團。劉玄匍匐在地上，聽眾人惡聲惡氣地說話，大氣不敢出，顫抖著雙手，奉上傳國玉璽。劉盆子從侍從手裏接過玉璽，翻來覆去看看，覺得也沒什麼好玩的，就隨手放在案上，按照別人教過的說道：“免禮，站起來吧。”
劉玄這才鬆了口氣，剛要站起來，一抬臉，正好看見王匡和張印等人正惡狠狠地看著自己，目光如兩把利錐。想著前些日子自己還要派兵把他們殺掉，如今人家已經成了赤眉軍大將、這可如何是好？雙腿一軟，又重重跪倒在地上。王匡和張印見劉玄就在跟前，新仇舊恨交集在一起，拉出腰刀就要當場把劉玄砍死。謝祿見狀，趁勢把劉玄拉到大殿外邊的庭院中。
此刻大殿內吵嚷聲一浪高過一浪。王匡和張印急於報仇，非殺劉玄不可，手舉腰刀比比劃劃，請皇上劉盆子下令。整天和牛打交道的劉盆子不過是個十五歲的小孩，見人們這麼凶狠地叫喊，嚇得簡直要哭出聲來。忽然又看見哥哥劉恭跪在大殿中央，一把鼻涕一把淚地請求皇上饒了劉玄。哥哥的話當然是要聽的，劉盆子這樣想著，正想開口說免除劉玄死罪。但是話還沒出口，就見王匡和張印等人揮舞刀劍，對著自己怒目而視，趕忙縮了脖子大氣不敢出。
“和他噦嗦什麼，殺掉就是了！”張印說著，拉王匡一把，兩人仗著刀劍向殿外走。走出兩步，王匡又停下來，想一想說：“殺他也要殺得有道理。這樣，你把他押到殿內來，咱們當著皇上的麵把劉玄殺了，傳出去就是赤眉處死了劉玄，和咱們沒什麼關係，省得叫咱們落個殺人的罪名。”