光武帝非常勤政，还经常召集大臣一起研究经学，到半夜才肯安歇。虽然操劳，但他的身体一直很好，活到了62岁高龄，中元二年(57)二月病逝。他在遗诏中说：“朕无益于百姓，所以丧礼要像文帝一样简约，各地刺史、太守等官员，都不要离开任所来为朕送葬。”把皇位传给太子刘庄。
刘庄本名刘阳，并非光武帝的长子，因此先封为东海公，加封为东海王。刘庄的母亲叫做阴丽华，是新野人，年轻时长得十分美貌，被光武帝一眼就看上了。光武帝起兵前，曾经前往长安学习经学，看到执金吾(皇帝的侍从官)相貌威武，仪仗华美，不禁感叹道：“做官就要做执金吾呀，娶妻就要娶阴丽华呀!”更始元年(23)六月，他如愿以偿，纳了19岁的阴丽华为妾，称帝后封她做贵人。
光武帝最初的皇后是真定(今河北石家庄市东北)人郭圣通。郭氏是当地豪族大姓，郭圣通的母亲是西汉真定恭王的女儿，因此她也有部分皇族血统。刘秀就看上了她的家族显赫和她的皇族血统，遂于征王郎、定河北的更始二年(24)娶郭圣通为妻。郭圣通为光武帝生下了长子刘强，立为太子，母以子贵，她也就得以成为皇后。
但是遂着郭皇后年华老去，光武帝对她的宠爱逐渐淡薄，最后干脆于建武十七年(41)将其废黜，贬为中山王太后(郭圣通另一子刘辅封中山王)。同年把阴丽华扶正，立为新皇后。
子以母贵，光武帝本来就不大喜欢长子刘强，而偏爱阴丽华所生的东海王刘庄，现在刘强的母亲被从皇后宝座上拉了下来，太子的地位自然难以继续稳固下去。建武十九年(43)，光武帝把刘强和刘庄的地位来了个大掉个儿，改立刘庄为皇太子，让原太子刘强去做东海王。刘庄就是东汉孝明皇帝。
