昆阳大捷之后，王莽主力基本被歼。更始军兵分两路：一路由王匡率领进攻洛阳，一路由申屠建率领攻武关进军关中。全国各地的地主豪强见王莽大势已去，也起兵响应，拥兵自保，总数不下于几十支。王莽能控制的只有长安附近一隅之地了。
更始西路军进抵武关(今陕西商南南)，武关守将朱萌投降，迎接更始军队进关。此时之王莽已成瓮中之鳖，不知所措。有人告诉他说《周礼》和《左传》中有记载，当国有大难时，用哭诉的办法请天神保佑，就能平安，也就是《周易》上说的“先歇眺而后笑”，现在国难当头，应向天哭诉。
王莽是以上应天命自居的，既然上天让他代汉立新，也就应该保佑他平安，于是率领群臣到长安城南，设坛祭天，历数自己遵从天命建立新朝的始末，最后大呼说：“苍天啊，你既然立我王莽为帝，为什么不保佑我，让盗贼们统统死光？如果我王莽有罪，请你就用雷劈死我算了，为何会有这些盗贼和我作对？’
说完捶胸顿足，嚎陶不止，到哭不出声来时，又伏地叩头，咚咚作响；又作告天策文，讲述自己如何爱护子民，遵从天命，立有不世之功，共一千余言。随行的臣僚、儒生也大放悲声，观看的百姓受王莽感染，也止不住撒一掬同情的泪水。王莽对那些与自己同悲的人一律赐官为郎，达五千余人。
告天之后，王莽自以为有苍天护佑，立即调兵遣将，拜九个心腹为将军，号称“九虎”，率领北军精锐数万人向东迎击更始军。他把“九虎”及许多大将的妻小扣作人质，防止“九虎”倒戈；每人赐钱四千文作为奖赏。这时王莽后宫中的黄金万斤一柜，仅后宫中就有六十柜，其余在黄门、钩盾、藏府、中尚方(均为皇宫衙署名称)等处各有好几柜，合计起码有八九十万斤，还有无数的珠玉珍宝，王莽却舍不得拿出来。
这些黄金珠玉，“九虎”们是知道的，他们看着这四串铜钱(每串千文)，想着眼前的局势，哪里还有什么心思去为王莽卖命，因此和更始军一触即溃，“九虎”中只有三虎退回长安，其余六虎全部败亡。关中百姓、地主豪强趁机打着汉军旗号起兵，和更始军一起合围长安城。
此时之王莽已无兵可调，只好赦免长安监狱中的囚犯，发给武器，编成军队，命他们抵抗各路义军，杀猪饮血，对天盟誓说：“谁背叛新室，社鬼将记住他的姓名。”想用鬼神迷信欺骗这些囚犯。这些囚犯受尽了新莽暴政之苦，当然不会被王莽唬住，义军到来时，都掉转矛头进攻王莽。
十月初一，义军攻入长安宣平门(长安城东墙北边第一个门)，和王莽死党王邑、王林、王巡率领的残兵败将展开了激烈的巷战，一直打到北网(皇宫北门)之下，朝廷百官抱头鼠窜，各府衙门都空无一人。第二天，长安少年朱弟、张鱼等人纵火焚烧宫殿，大喊说：“反虏王莽，为什还不出来投降？”大火烧到承明殿，王莽逃到宣室前殿，宫女殡妃，大哭小叫，拉住王莽不放，要王莽想办法。
王莽身着青中透紫的衣服，佩戴皇帝玺印，手执虞帝(上古传说人物)匕首，根据天文郎(观测星象的官)指点，在正午时分，按照北斗星星象，坐在北斗斗柄之上，说：“天生德于予，汉兵其如予何！”面对佳丽们的泪眼和冲天火势，看着到处逃窜的残兵败将，王莽只有用自我麻醉的方式等待死神的降临。
十月初三天刚亮，王莽怀抱符命在群臣的搀扶下跌跌撞撞逃出未央宫，西出白虎门，逃到渐台，想借四周环水的渐台阻止义军。公卿大夫文武百官共一千多人聚在一起。中午，义军攻入未央正殿，到处搜寻王莽，在一个宫女的指点下追到了渐台，把渐台围了几百重。
王莽亲信借四面环水的有利条件用强弓硬弩，射伤了不少义军将士。这当然挡不住义军，义军歼灭守桥卫士，双方短兵相接，王邑、王巡等人一一毙命，王莽躲在帷帐后面，被商人杜吴搜出，一剑刺死，取下印缓。义军蜂涌上前，砍下王莽首级，又把王莽尸体剁为肉泥。
十月六日，更始大将申屠建、赵萌等人进入长安，把王莽首级送到宛城更始帝前，悬于城门之上。宛城的老百姓把王莽舌头割下，分而食之，以示对王莽谎言欺天的惩罚。新莽政权至此灭亡，共存在了十六年。
