建武十二年（公元36年 丙申年）
春天，正月，吴汉在鱼涪津打败公孙述的将领魏堂和公孙永，接着就去围攻武阳。公孙述派女婿史兴去救援，吴汉迎击，又把史兴打败，顺势进入犍为郡境内；各县城都据城坚守。刘秀下诏让吴汉直接攻打广都，占据公孙述的要害之地。吴汉于是进军攻打广都，拿下了它，还派轻骑兵去烧毁了成都市桥。公孙述的将领们十分恐惧，日夜有人叛离，公孙述就算诛杀叛离者的全家，也没办法阻止。刘秀一心想让公孙述投降，又下诏劝他说：“别因为来歙、岑彭被害就心生疑虑，现在及时前来归降，你的宗族还能保全。这诏书可是我亲手写的，这样的机会不会有很多次。”但公孙述始终没有投降的意思。
秋天，七月，冯骏攻下江州，俘获了田戎。
刘秀告诫吴汉说：“成都有十多万人，可不能轻视。你只要稳稳地占据广都，等他们来进攻，千万别主动和他们硬拼。要是他们不敢来，你就转移营地逼近他们，等他们疲惫了，再发动攻击。”吴汉却趁着胜利的势头，亲自率领两万步兵和骑兵进逼成都；在离成都城十多里的地方，靠着长江北岸扎营，还搭建了浮桥，让副将武威将军刘尚率领一万多人驻扎在长江南岸，两座营地相距二十多里。刘秀得知后十分震惊，责备吴汉说：“之前给你下了那么多指令，你怎么临到事情就乱了套！既轻敌深入，又和刘尚分开扎营，一旦有紧急情况，根本来不及互相救援。敌人要是出兵牵制你，再派大军攻打刘尚，刘尚一败，你也就完了。幸好现在还没出大事，赶紧带兵撤回广都。”诏书还没送到，九月，公孙述果然派大司徒谢丰、执金吾袁吉率领十多万人，分成二十多个营，出兵攻打吴汉，又派别的将领率领一万多人去袭击刘尚，让他们无法相互救援。吴汉和他们大战一天，战败后逃进营垒，谢丰趁机包围了吴汉。吴汉于是召集各位将领激励他们说：“咱们跨越艰难险阻，转战千里，好不容易深入敌人腹地，到了他们城下，可现在我和刘尚两处受围，形势隔绝，这祸事可不小。我想悄悄带兵到南岸和刘尚会合，集中兵力抵御敌人。要是大家能齐心协力，各自为战，就能立下大功；不然的话，必定全军覆没。成败就在此一举了。”将领们都说：“好！”于是给士兵们开饭，喂饱战马，关闭营门三天不出，还多插了很多旗帜，让烟火一直不断，到了夜里，士兵们嘴里衔着枚（防止出声），悄悄带兵和刘尚的军队会合。谢丰等人没有察觉，第二天，他们分出一部分兵力在北岸抵御，自己亲自率军攻打南岸。吴汉出动全部兵力迎战，从清晨一直打到午后，终于把谢丰的军队打得大败，斩杀了谢丰和袁吉。之后吴汉带兵撤回广都，留下刘尚抵御公孙述，并把情况详细上奏，还狠狠地责备了自己。刘秀回复说：“你撤回广都，做得很合适，公孙述肯定不敢绕过刘尚来攻打你。要是他先攻打刘尚，你从广都带着全部步兵和骑兵，五十里的距离赶过去救援，正好能赶上他们危急困难的时候，一定能打败他们！”此后，吴汉和公孙述在广都和成都之间交战，八战八胜，于是把军队开到了成都外城。臧宫攻下绵竹，又攻破涪城，斩杀公孙恢；接着又攻下繁县和郫县，和吴汉在成都会师。
李通想避开权势，请求退休回家。过了两年，刘秀才同意他上交大司空的印绶，让他以特进的身份参加朝会。后来有关部门上奏要给皇子们封爵，刘秀感激李通最早参与谋划重大决策，当天就封李通的小儿子李雄为召陵侯。
公孙述陷入困境，着急地问延岑：“这事儿该怎么办啊！”延岑说：“男子汉应当在绝境中求生，哪能坐以待毙呢！财物很容易聚集，别舍不得。”公孙述于是把金银财宝都拿出来，招募了五千多敢死之士交给延岑指挥。延岑在市桥假装树立旗帜，击鼓挑战，却暗中派奇兵绕到吴汉军队后面发起袭击，把吴汉打得大败，吴汉掉进水里，拉着马尾才得以脱险。此时汉军只剩下七天的粮草，还暗中准备好了船只，打算逃跑。蜀郡太守南阳人张堪听说后，急忙去见吴汉，劝说他公孙述必败，不应该退兵。吴汉听从了他的建议，故意示弱来引诱敌人。冬天，十一月，臧宫驻军在咸阳门；戊寅日，公孙述亲自率领几万人攻打吴汉，派延岑抵挡臧宫。双方展开大战，延岑三战三胜，从清晨打到中午，士兵们都没吃饭，疲惫不堪。吴汉趁机派护军高午、唐邯率领几万精锐士兵发动攻击，公孙述的军队大乱；高午冲进敌阵，刺杀公孙述，刺穿了他的胸部，公孙述坠马，左右侍从把他抬进城里。公孙述把军队交给延岑指挥，当天夜里就死了；第二天一早，延岑献城投降。辛巳日，吴汉杀光了公孙述的妻子儿女，把公孙氏家族斩尽杀绝，还灭了延岑的族，然后放任士兵大肆抢掠，焚烧了公孙述的宫殿。刘秀得知后非常生气，责备了吴汉。又责备刘尚说：“成都城投降都三天了，官吏百姓都已顺服，老老小小，数以万计，你们却突然放任士兵放火抢掠，听着都让人心酸。你刘尚是宗室子孙，又曾经担任过官职，怎么忍心做出这种事！抬头看看天，低头看看地，想想秦西巴放了小鹿和乐羊喝儿子肉羹这两件事，哪个更仁义？你们这样做实在是失去了斩杀敌将、安抚百姓的大义啊！”
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