皇太后下诏召刘贺入见。刘贺听说太后召见，感到害怕，说道：“我犯了什么错？太后为什么召我？”太后要废黜他，霍光命刘贺站起来，拜受皇太后诏书。刘贺说道：“我听说：‘天子只要有七位耿直敢言的大臣在身边，既使无道，也不会失去天下。”’霍光说：“皇太后已经下诏将你废黜，岂能自称天子！”随即抓住刘贺的手，将他身上佩戴的玉玺绶带解下，献给皇太后，然后扶着刘贺下殿，从金马门走出皇宫，群臣跟随后相送。
文武群臣上奏太后说：“古时候，被废黜之人，要放逐到远方去，使其不能再参与政事。请将昌邑王刘贺迁徙到汉中房陵县。”太后下诏，命刘贺回昌邑居住，赐给他二千户人家作为汤沐邑，他当昌邑王时的家财也全部发还给他，其姐妹四人，各赐一千户人家作为汤沐邑；撤销昌邑国，改为山阳郡。
昌邑王刘贺被废黜之后，霍光会同丞相杨敞等上奏皇太后说：“孝武皇帝曾孙刘病已，年十八岁，从师学习《诗经》、《论语》、《孝经》，行为节俭，仁慈爱人，可以作为孝昭皇帝的继承人，侍奉宗庙，治理天下百姓。我等冒死奏明太后！”皇太后下诏：“可以。”霍光派宗正刘德来到尚冠里刘病已家中，侍奉其洗浴，更换太后所赐御衣，由太仆用轻便车辆将刘病已迎接到宗正府进行斋戒。刘病已进入未央宫，见皇太后，被封为阳武侯。随即，由群臣奉上皇帝玉玺、绶带，刘病已正式即皇帝位，史称宣帝。
汉宣帝常说：“老百姓之所以能安居家乡，没有叹息、怨愁，主要就在于为政公平清明，处理诉讼之事合乎情理。能与我一起做到这一点的，不正是那些优秀的郡太守和封国丞相等二千石官员吗！”汉宣帝认为，郡太守为治理官吏和百姓的关键，如变换频繁则容易引起治下百姓的不安。百姓们知道他们的郡太守将长期留任，不可欺罔，才能服从郡太守的教化。汉朝的好官，这一时期最多，号称中兴。
汉宣帝地节三年（公元前67年）十二月，汉宣帝下诏书说：“近来，官吏们舞文弄法的现象越来越严重，这都是朕的错误。案狱处理不当，使有罪者愈发作恶，无辜者遭受严刑处罚，父子兄弟悲伤愤恨，朕对此甚为难过！如今派廷尉史参与各郡的司法事务，但职权小俸禄少，应再设置廷尉平四名，俸禄为六百石。务必使审判公平，以符合朕的心意！”于是每年秋天，当对一年中的案狱做最后决定时，汉宣帝经常到宣室殿，住在那里实行斋戒，亲自裁决。从此，对各类刑罚案狱的判决号称公平。
匈奴呼韩邪单于抵达五原边塞，表示愿奉献本国珍宝，于甘露三年（公元前51年）正月来长安朝见汉宣帝。汉宣帝下诏命主管官员商议朝见仪式。太子太傅萧望之认为：“单于不奉汉朝正朔，本不是我国的臣属，所以称为匹敌之国，应不用臣属的礼仪对待他，使其位次在诸侯王之上。我国谦让，不以臣属之礼对待他，为的是笼络于他，显示我国的谦虚大度。”汉宣帝采纳了萧望之的意见，下诏说：“匈奴单于自称我国北方藩属，将于明年正月初一前来朝见。朕的恩德不够，不能受此隆重大礼。应以国宾之礼相待，使单于的位次在诸侯王之上，拜谒时只称臣，不具名。”
汉宣帝因四方戎狄臣服，想到辅佐大臣的功劳，便命人在麒麟阁上，为他们绘制画像，描绘容貌，注明官爵、姓名，只有霍光不注名字，只写“大司马、大将军、博陆侯，姓霍氏”，其次为张安世、韩增、赵充国、魏相、丙吉、杜延年、刘德、梁丘贺、萧望之、苏武，共十一人，他们都为国立过大功，闻名于当世，所以表彰他们，表明他们对中兴汉朝的辅佐之功。
元帝初元四年（公元前40年）贡禹上奏章说：“孝惠帝、孝景帝的祭庙，因为亲情已尽，应该撤除。各郡、各封国设置皇帝祭庙，不合古代礼制规定，应该改正。”元帝认为有理。秋季，七月初十，撤除昭灵后、武哀王、昭哀后、卫思后、戾太子、戾后的祭庙，都不再祭祀，只设置官吏兵卒守护。十月十九日，撤除设置在各郡、各封国的祖宗祭庙。元帝下诏，各位皇帝的陵园，以其所在地区，分属三辅管理。在渭城寿陵亭部原上预设坟墓，下诏不要把它发展成为一个县，也不要强迫各郡、各封国移民到那里。
刘竟是元帝的幼弟，跟皇太子刘骜年龄相仿，他们常在一起游玩、读书，一起长大。刘竟去世后，刘骜前往吊丧。元帝看到太子，怀念幼弟，悲哀不能自制。可是已经走到面前的太子，却并不悲哀，元帝对此非常怨恨，驸马都尉史丹脱下官帽，请罪说：“我确实看见陛下哀痛中山王，以致身体瘦损。前些时，太子应当进见，我暗中嘱咐他，不要流泪哭泣，免得引起陛下伤感。罪过在我，我应该被处死。”元帝认为史丹说的是事实，才息怒。
太子刘骜从小就喜爱儒家经典，宽厚、博学、谨慎。可是后来却爱饮酒，喜欢安乐，元帝认为他没有能力。而另一位皇子山阳王刘康有才干，他的母亲傅昭仪又受到宠爱，元帝因此常有意改封刘康为太子。元帝晚年多病，不过问国家大事，喜爱音乐。有时候把军中所用的骑鼓放在殿下，元帝亲自走到廊上，凭倚栏杆，用铜丸从远处投击鼓面，发出紧密的节奏。侍妾们与左右对音乐有素养的人，都办不到，可是刘康却能够，元帝多次夸奖他的才干。
鸿嘉元年（公元前20年），成帝刘骜开始微服出行，跟随的期门郎或私奴有十余人，或乘小车，或全部骑马，出入市内街巷和郊野，远到邻县的甘泉、长杨、五柞，斗鸡走马，成帝还常自称是富平侯家人。所谓富平侯，是张安世的四世孙张放。张放的父亲张临，娶敬武公主为妻，生下张放。张放为侍中、中郎将，娶许皇后的妹妹为妻，当时所受荣宠，没有可以比得上的。因此成帝假称自己是富平侯家人。
曾做过槐里县令的朱云，上书求见皇帝。在公卿面前，朱云对成帝说：“现今朝廷大臣，上不能匡扶主上，下不能有益于人民，都是些白占着官位领取俸禄而不干事的人，正如孔子所说：‘卑鄙的人不可让他侍奉君王，他们害怕失去官位，会无所不为。’我请求陛下赐给我尚方斩马剑，斩断一个佞臣的头颅，以警告其他人！”成帝问：“谁是佞臣？”朱云回答说：“安昌侯张禹！”成帝大怒，说：“小小官员在下，竟敢诽谤国家重臣，公然在朝廷之上侮辱帝师。处以死罪，决不宽恕！”御史将朱云逮下。
朱云紧抓住宫殿栏杆，栏杆被他拉断，他大呼说：“我能够追随龙逄、比干，游于地下，心满意足了！却不知圣明的汉王朝将会有什么下场！”御史挟持着朱云押下殿去。当时左将军辛庆忌脱下官帽，解下印信绶带，伏在殿下叩头说：“朱云这个臣子，一向以狂癫耿直闻名于世，假使他的话说的对，不可以杀他；即使他的话说的不对，也本该宽容他。我敢以死请求陛下！”辛庆忌叩头流血，成帝怒意稍解，杀朱云之事遂作罢。
中山王刘兴和定陶王刘欣，都到长安朝见。中山王只由傅陪同，而定陶王则把傅、相、中尉都带来了。成帝奇怪，就询问定陶王，他回答说：“汉朝法令规定：诸侯王朝见天子，可以由王国中官秩在二千石的官员陪同。傅、相、中尉都是国中二千石的官员，因此让他们全都来了。”成帝又命令他背诵《诗经》，他不仅能熟练地背诵，而且还能解释。另一天，成帝问中山王刘兴说：“你只由傅一人陪同前来，有什么法令根据？” 刘兴不能回答。命他背诵《尚书》，又背不下去。
绥和元年（公元前8年）成帝召丞相翟方进、御史大夫孔光、右将军廉褒、后将军朱博进宫，讨论中山王刘兴和定陶王刘欣，谁更适合继承帝位。翟方进、王根、廉褒、朱博都认为：“定陶王是皇上弟弟的儿子，《礼记》说：‘兄弟的儿子，如同自己的儿子。立他为后嗣，就成为儿子。定陶王适合立为嗣子。”成帝认为：“中山王没有才干；再者，依礼，兄弟的牌位不能一同进入宗庙”为理由，没有听从孔光的建议。二月初九，成帝下诏立定陶王刘欣为皇太子。
哀帝刘欣即位之初，很想重振朝纲。他为澄清吏治，任用龚胜、孙宝等人为谏官，派遣官员监察各级官吏，撤换不称职的人。为缓解阶级矛盾，他也采取了一些恤民政策。但在宦官掣肘、权臣作梗的阻力面前，他没能顶住压力，逐渐丧失了重整朝纲的锐气，面对汉家天下江河日下的局面，他只好哀叹一江春水向东流了。
汉成帝时代，靡靡之音特别盛行。以致黄门名倡丙强、景武之流，都以富有闻名于世。皇亲国戚甚至与天子竞赛女乐。哀帝在当定陶王时，就对这种风气十分厌恶，生性又不喜好音乐，于是在六月下诏说：“孔子不是说过吗：‘抛弃郑国音乐，郑国音乐太****。’兹撤销乐府官。”但是百姓受靡靡之音熏染的时间很长了，又没有制定其他高雅的音乐来替换，因此富有的官吏百姓，依然沉湎其中，一如往昔。
何武的后母在蜀郡，何武派府吏回家乡去接她。正逢成帝驾崩，府吏恐怕道上有盗贼，就留下没有继续赶路。哀帝左右亲信有人指摘何武奉养后母不厚道，哀帝也想更换大臣，于是在冬季，十月，颁策书罢免何武官职，命他以列侯身份回到封国。
元寿二年（公元前1年）五月初二，哀帝正式确定三公官名和各自的分工职掌。任命大司马、卫将军董贤为大司马；丞相孔光为大司徒；彭宣为大司空，封长平侯。六月二十六日，哀帝在未央宫驾崩。
太皇太后得到哀帝驾崩的消息，当天就驾临未央宫，收走了皇帝的玉玺、绶带。太后召大司马董贤，在东厢接见，询问他关于哀帝丧事的布置安排。董贤内心忧惧，不能回答，只有脱下官帽谢罪。太后说：“新都侯王莽，先前曾以大司马身份，办理过先帝的丧事，熟悉旧例，我命他来辅佐你。”董贤叩头说：“那就太好了！”太后派使者骑马速召王莽，并下诏给尚书：所有征调军队的符节、百官奏事、中黄门和期门武士等，都归王莽掌管。
太皇太后与王莽商议选立皇位继承人。安阳侯王舜，是王莽的堂弟，为人正直谨慎，受到太皇太后的信任宠爱，王莽就奏请太皇太后，任命王舜为车骑将军。七月，派王舜和大鸿胪左咸持符节迎接中山王刘箕子，立为皇位继承人。
平帝的年龄渐长，因母亲卫皇太后的缘故，怨恨不快。十二月，王莽借着腊日向平帝进献椒酒，在椒酒中下了毒。平帝中毒害病。在未央宫驾崩。王莽命令官秩六百石以上的官员，一律服丧三年。又上书太皇太后，建议尊称成帝庙叫作统宗，平帝庙叫作元宗。收殓孝平帝，戴上成人冠帽，埋葬在康陵。
太皇太后与文武百官，商议遴选继任皇帝。这时元帝的后代断绝了，而宣帝的曾孙有为王的五人，为列侯的四十八人，王莽厌恶他们已经长大，便说：“兄弟之间不能互相作为后代。”于是全部征召宣帝玄孙，逐一选择。
刘婴是汉宣帝的玄孙。平帝被毒死后，年仅两岁的刘婴继位为太子，史称“孺子婴”。刘婴初立时只是两岁的孩子，在位3年，始终没有正式即位，从没戴过皇帝的冠冕，但毕竟在位三年，西汉王朝是在他手上灭亡的，所以刘婴为西汉的末代皇帝。由王莽摄政，改年号为居摄。后来王莽称帝，改国号新。西汉共历214年，至此灭亡。
居摄践祚。居摄，是因皇帝年幼不能亲政，由大臣代居其位。践祚，是“即位”的意思，多指帝王而言。古代庙、寝堂前两阶，主阶在东称祚（一作“阼”）阶。祚阶上为主位，因称即位行事为“践祚”。元后已经同意王莽居摄，群臣就从《尚书》和《周礼》等古籍中寻找周公居摄时的规矩，然后提议王莽居摄的形式。主要内容是：服天子之服，用天子仪仗，如天子南面朝见群臣，处理政事，很多都如天子之制。
王莽正式就任“假皇帝”。他为了表示自己是西汉帝国的真正主宰，做了三件事：第一件事改元，称居摄元年。第二件事，到南郊祭祀天帝，到东郊迎接春天，在明堂举行大射礼。这些过去都是皇帝主持的事，如今理应由孺子婴负责，但他只有两岁，便均由王莽主持。第三件事，尊年仅17岁的平帝皇后，也即王莽的女儿为皇太后；立汉宣帝的玄孙刘婴为皇太子，号曰“孺子”。
王莽封了刘婴，但不准他回到封国，把京城的大鸿胪府改建为“安定公第”，将刘婴关在里面，室内一无所有，又通令禁止任何人与他讲话。这样，刘婴实际上过着连囚犯也不如的生活。可怜孺子婴长大后，连猪、狗、牛、羊都不认识，话也说不清楚，竟成了一个傻子。等到刘玄更始三年（公元25年），平陵人方望等起事，劫取刘婴逃离长安，到了临泾（今甘肃镇原县南50里），更始帝刘玄派遣李松等带兵前去攻打，混战中，刘婴被乱兵所杀，时年21岁，不知葬所。
王莽将要即位当真皇帝，先捧来各种符命祥瑞向太皇太后报告，太皇太后大吃一惊。这时，因孺子刘婴并没有即位，所以皇帝御玺仍放在太皇太后所住的长乐宫。等到王莽即位，向太后请求交出御玺，太皇太后不肯给。王莽让安阳侯王舜规劝。王舜问太后：“我等已无话可说，只是王莽一定要得到传国御玺，太后难道能够最终不给他吗？”太后听王舜的话恳切，又怕王莽用暴力胁迫，于是拿出汉朝的传国御玺扔到地上，对王舜说：“待我老死后，你们兄弟将被灭族！”
更始元年（公元23年）九月，义军攻人皇宫，听说王莽在渐台，众人将其包围了数百重。商县人杜吴杀死了王莽，校尉东海人公宾就砍下了王莽的脑袋。兵士们分裂了王莽的身躯，四肢关节、肌肉被切割成许多块，争着去砍杀的有几十人。后来传送王莽的脑袋前往宛城，挂在街市示众，百姓都去掷击它，有人切下他的舌头来吃了。
更始二年（公元24年）申屠建、李松自长安迎接刘玄迁都。刘玄在长乐宫居住，登上前殿，官吏们按照次序，排列在正殿前的院子里。刘玄没见过大世面，俯下头用手刮席，不敢看人。将领们有后到的，刘玄问：“抢了多少东西？”左右侍官都是宫禁中的旧吏，对此惊愕不已，相视无语。
赤眉军经过式县，劫持故式侯刘萌的儿子刘恭、刘茂、刘盆子，让三人随军。等到樊崇等想要拥立皇帝时，用一片木简做符，上写“上将军”三个字，又把两片未写字的木简也放在竹筒中。在郑县北面修筑坛场，请刘盆子等三人居台中排列站立，按照长幼顺序抽签。刘盆子年纪最小，最后抽，抽中了符。将领们全都向刘盆子称臣叩拜。刘盆子当时十五岁，披散着头发，光着双脚，穿着破衣服，紫涨着脸，浑身冒汗。他看见众将跪拜，惊恐得要哭出来。
赤眉拥立的刘盆子颁布诏书说：“刘玄如果投降，封为长沙王。超过二十天就不再接受。”刘玄派遣刘恭去请降。赤眉命右大司马谢禄前往接受刘玄投降。刘玄跟着谢禄，光着臂膀，向刘盆子呈上玉玺、绶带。赤眉将领们让刘玄坐在大庭中央，准备杀他。刘恭、谢禄替他求情，不被采纳。然后赤眉将领们把刘玄拉出去行刑。刘恭一面追一面大声喊：“陛下！我已经尽了最大的努力，请让我先死！”拔剑就要自刎，樊崇等急忙一同上前救助，制止了他。
建武元年（公元25年），蜀郡功曹李熊劝说蜀王公孙述应当称皇帝。夏季，四月，公孙述在成都即帝位，号称“成家”，改年号为“龙兴”。公孙述任命李熊为大司徒，任命弟弟公孙光为大司马，公孙恢为大司空。越人任贵献郡降附公孙述。