Mùa thu năm 25, quân Xích Mi tiến đến Cao Lăng[7] và sắp vào tới Trường An. Vì quân chủ lực 30 vạn người của Lục Lâm đã giao cho Chu Vĩ đi trấn giữ Lạc Dương nên lực lượng ở lại không đủ mạnh để chống quân Xích Mi. Trong thành Trường An hoảng loạn. Có người khuyên Lưu Huyền vơ vét của cải ở Trường An về Nam Dương như cũ cố thủ, nếu lại thua nữa thì trở lại làm trộm cướp. Canh Thủy Đế không tán thành đề nghị đó, sai Lý Tùng mang quân ra chặn đánh quân Xích Mi nhưng Tùng nhanh chóng bại trận, bị Phàn Sùng bắt sống.

Các đại thần ở Trường An mưu ép Canh Thủy Đế chạy về phía đông. Mưu sự bại lộ, Lưu Huyền giết chết 3 vương chư hầu là Thân Đồ Kiến, Trần Mục và Thành Đan. Các tướng khác là Vương Khuông, Trương Ngang, Liêu Trạm, Hồ Ân bèn mưu sự lần thứ hai, dẫn quân vào đánh Canh Thủy Đế lần nữa để bắt sống mang về đông. Hai bên kịch chiến trong cung Canh Thủy. Lưu Huyền thua trận bỏ chạy về Tân Phong, ra mặt thù địch với các tướng. Không thể tiếp tục hợp tác với Lưu Huyền, Vương Khuông cùng các tướng bèn ra hàng quân Xích Mi.

Quân Xích Mi đánh chiếm được Trường An. Lưu Huyền đường cùng cũng đành phải xin hàng. Tháng 12 năm 25, ông bị quân Xích Mi treo cổ.

Canh Thủy Đế ở ngôi được 3 năm, không rõ bao nhiêu tuổi. Cái chết của Lưu Huyền đánh dấu sự tan rã của quân Lục Lâm. Cái chết này được xem là ứng với câu sấm: "Hài bất hài, tại Xích Mi" - do ông để mất lòng các tướng khởi nghĩa Xích Mi, gây ra thù địch và cuối cùng bị quân Xích Mi giết chết[8].