八月，綠林軍在修整了三個月後，兵分兩路開始進攻，一路由王匡率領，北攻洛陽；一路由申屠建、李松率領，西入關中，直取長安。
在此之前，劉秀已率兵攻取了河南陝縣，開始北渡黃河，到河北招降各支起義軍。
洛陽官軍採取謹慎防禦的戰略，把主要兵力收縮到洛陽城內，在周邊設置了幾十個兵營，拱衛洛陽，這給了起義軍各個擊破的機會。
起義軍逐漸掃清了洛陽外圍的官軍，分散佔領了洛陽以南的區域，接着並分兩路，一路避實擊虛，繞道攻佔了宜陽、洛寧、盧氏一帶關防，吃掉了駐守在山谷及關隘間的官軍，另一路綠林軍襲擊佔領了函谷關，攻佔了靈寶西北。
四面圍困了洛陽城，洛陽變成了一座孤城。
王莽守軍主將在洛陽城殊死抵抗，把洛陽城內沒來得及逃掉的百姓集中起來，分發武器幫着守城，但大勢已去，軍隊毫無鬥志，軍心渙散，紛紛開始逃走，主將被殺，洛陽城破。
九虎將軍到達華陰縣，依據地勢築起了北起黃河，南到崤山的防線，起義軍鄧曄率領兩萬多人從閔鄉縣向南到棗街和作姑一線，打敗了其中的一部，繞到九虎防線的後面徹底打敗了九虎軍隊。
四虎逃跑，郭欽、陳鞏和成重收集散兵，返回保衛長安。史熊、王況回到長安後自殺。
至此，王莽朝廷喪失了最後一支精銳部隊。
由申屠建、李松率領的綠林軍在武關迫降都尉朱萌，佔領了武關，進入關中。
李松部將韓臣向西直取陝西臨潼東北，擊敗新莽波水將軍竇融，並乘勝追至長安的東北。
起兵響應綠林軍的王憲北渡渭河，進入了長安北面，所經過的地方官吏紛紛投降，世家大族爍陽縣人申碣和下邦縣人王大都率領部隊跟隨王憲。
嚴春、董喜、王孟、汝臣、王扶、嚴本和屠門少紛紛起兵附從王憲，至此各地的綠林軍不斷向長安匯聚。
王莽決定殊死抵抗，派人赦免了監獄的犯人，分發武器，喝着豬血發誓，誰要是不為新朝效命，鬼都不會放過他。讓史諶帶着這群人出城抵抗綠林軍。
史諶帶着這麼一群烏合之眾，剛過了渭河橋就發生了潰逃，沒一會兒只剩史諶一個光杆司令了，洋洋灑灑出城幾千人，回城的就史諶一個。
這群犯人逃了還不解恨，把長安附近王莽的祖父、父親、妻子、兒女的墳墓挨個挖了個遍，燒毀棺材和廟堂，火光在長安城都可以看見，當然這時候王莽已經沒有心思考慮這些人了。
這時候的王莽在幹什麼？
他在研究符命，他始終堅信，自己代漢稱帝是上天賦予的使命，綠林軍是鬥不過他的。
現在看來更像是因為精神壓力過大，有點魔怔了。
十月一日，申屠建帶領綠林軍攻破長安北城門，宣平門，在長安同王邑、王林、王巡和踅憚等人帶領的官軍開展巷戰。
綠林軍官兵貪戀更始帝劉玄承諾的活捉或者殺死王莽後的重賞，作戰奮不顧身，官員和貴族趁着激戰的混亂，紛紛開始逃跑，長安百姓趁機響應，奔跑喧譁，焚燒官府，長安城內喊殺聲震天，到處充斥着火光，激戰持續了兩天兩夜。
第二天，長安百姓朱弟和張魚等人縱火焚燒皇宮，王莽為了躲開火災，拿着傳國玉璽，帶着自己計算符命的工具離開未央殿，躲避到宣室前殿，嘴裏不斷念叨着「上天把治理國家的聖德和使命賦予了我，漢軍能把我怎麼樣！」已經魔怔了。
第三天，王莽帶領僅剩的一千多官員和侍衛守衛漸台，依靠漸台池水作為防禦，大批綠林軍士兵圍困了漸台開始猛攻，雙方最先開始用弓箭對射，後來開始短兵相接，王邑父子、踅憚、王巡、王揖、趙博、苗欣
