光武中元二年二月，刘秀走完了他人生的最后历程，死于洛阳南宫的前殿。他死前，整个国家的形势相对是较为安定和平静的。就在他死前不久，“东夷倭奴国王遣使奉献”，这显示帝国的影响已经远及海外。应该说，刘秀当年匡复汉室的宏愿已经实现，他壮志已酬！
刘秀临死前留下的遗诏，首先承认自己无益于百姓——这说明其心目中起码还有老百姓，并明令对自己的后事办理务从简省，要求地方官不搞吊唁活动。这种见解和行为取向，是值得称许的。当然，遗诏中让“刺史及二千石长吏无离城郭”，还含有稳定局势的意味在内。
刘秀的丧事，由太尉赵熹典办。熹字伯阳，南阳宛（今河南南阳）人，少有节操，以信义著名。曾事更始，参加昆阳之战，因战功封侯。后归刘秀，历官县令、太守、太仆，建武二十七年拜太尉。他主持刘秀的丧礼，很有些特点。史载：
是时藩王皆在京师，自王莽篡乱，旧典不存，皇太子与东海王等杂止同席，宪章无序。熹乃正色，横剑殿阶，扶下诸王，以明尊卑。时藩国官属出入宫省，与百僚无别，熹乃表奏谒者将护，分之它县，诸王并令就邸，惟朝晡入临。整礼仪，严门卫，内外肃然。
很显然，赵熹针对当时旧典不存、尊卑不明、秩序混乱的状态进行了有效的整顿，使整个丧礼按照封建伦理应有的规范，井然有序而行。
一方面是刘秀的丧礼，另一方面则是太子刘庄“即皇帝位”的大典。按照惯例，刘庄的生母皇后阴丽华被尊为皇太后。一般说来，集权时代最高权力交接之际，是最容易出乱子的时候。虽然刘秀废立皇后和太子的工作，完成较为顺利，过渡相对平稳，但不料最后还是出了点麻烦。刘秀有子十一人，原郭皇后所生五子：疆、辅、康、延、焉；许美人所生一子：英；阴皇后所生五子：庄、苍、荆、衡、京。十一子中，刘庄继立是为汉明帝，其余诸子皆为王。诸王之中，刘荆是一个很有些个性特点的人物。史称他“生刻急阴害，有才能而喜文法”。他似乎很为原太子刘疆的被废抱打不平。然而刘秀生前，他不敢发作；当刘秀一死，他便急不可耐地行动起来。“光武崩，大行在前殿，荆哭不哀，而作飞书，封以方底，令苍头诈称东海王疆舅大鸿胪郭况书与疆”，“言其无罪被废，及郭后黜辱，劝令东归举兵以取天下”。不想刘疆是一个安分守己的人，“得书惶怖，即执其使，封书上之”。刚刚登上皇帝宝座的汉明帝，万万没有料到自己的亲弟弟捅下这么一个漏子。然而如此大逆不道的事又不便于声张，于是只好“秘其事”，并把刘荆逐放到附近的河南县（今河南洛阳）的河南宫暂时看管起来。
这年三月，刘秀被安葬在原陵。据北宋以来所确定的原陵位置，在今河南省孟津县白鹤镇铁谢村西南钓700米处。其南依山势平缓的邙山，北顾山峦起伏的太行，波涛滚滚的黄河沿陵北侧咆啸东去，是一处引人注目的形胜之地。刘秀的陵冢位于匿园北部，坐北向南。今冢高仍有17.86米，底边周长约487米，陵冢上下松柏掩映。陵前有一通高3米的穹碑，碑身镌刻“东汉中兴世祖光武皇帝之陵”，落款为“清乾隆五十六年辛亥仲春月，河南知府张松林书，孟津县知县杨名灿勒石”。传说老百姓多到此抚碑择问吉凶，具体做法是：人离碑10步，双手平伸，闭目走向石碑，能摸到碑文“中兴世祖”四字者即为吉兆——所以此四字特别明亮。关于原陵，还有一些趣闻，例如陵园内28棵高耸入云的柏树，被当地老百姓称为“二十八宿”，象征跟随刘秀南征北战的“云台二十八将”（今尚存15棵）。再如所谓的“汉陵晓烟”——是说每年的谷雨、清明前后，于晨曦初现时，陵园内会陡然升腾起一团紫烟，由西北向东南姗姗而移，使整个陵园被缥缈的云烟所笼罩；当地人认为，汉陵晓烟预兆丰年，所以每年阳春季节，附近的百姓都盼着最先发现晓烟，采集灵气。当地的民众还把陵冢叫“刘秀坟”。不过，有人认为这是北宋初附会而成，真正的刘秀坟并不在此，原陵也不在此。还有人认为所谓的“刘秀坟”，是北魏孝文帝遣使祭祀光武帝及明、章光武纪书帝崩，年六十二。然《纪》又书帝起兵时年二十八，下有更始元年破王寻、王邑，持节北渡河，镇慰州郡，二年诛王郎，更始拜帝为萧王，明年六月始即位，改元建武，是帝年已三十一矣。建武凡三十二年，又加以中元二年始崩，则应是六十四岁。《本纪》所云六十二，殊不符也。
其实，赵氏在这里所说的64岁也有问题。今人王树民《廿二史札记校证》指出：“建武三十二年即中元元年（是年四月改元），故应为六十三岁。《陔余丛考》卷五《后汉书》条即作六十三岁，此处或为赵氏一时笔误。”《陔余丛考》为赵翼的另一部著作，同一作者的两部著作中对同一问题的结论不一，其有笔误是完全可能的。不过，细绎刘秀的生卒月份可知（生于12月，卒于2月），他逝世时为62岁零两个月，尚未足63整岁，如是，说他死时62岁或63岁，似乎都是可通的。