Từ khi mới khởi binh, Lưu Tú đã rất tin vào sấm truyền. Ông đã thấy câu sấm:"Hài bất hài, tại Xích Mi; đắc bất đắc, tại Hà Bắc" ứng với việc Lưu Huyền bị quân Xích Mi giết và bản thân ông từ khi lên Hà Bắc đã phát triển được cơ nghiệp. Khi đã giành được thiên hạ đến lúc tuổi già, Quang Vũ Đế vẫn tin vào những câu sấm[66].

Năm Kiến Vũ Trung Nguyên thứ 2 (57), ngày 5 tháng 2 (tức ngày 29 tháng 3 dương lịch), Lưu Tú băng hà ở Nam Cung, hưởng thọ 63 tuổi, an táng tại Nguyên lăng (原陵). Ông ở ngôi tất cả 32 năm, đặt hai niên hiệu là:

• Kiến Vũ (建武; 25-56)
• Kiến Vũ Trung Nguyên (建武中元; 56-57)

Ông được chôn cất tại Nguyên Lăng và được tôn miếu hiệu là Thế Tổ (世祖), thụy hiệu Quang Vũ hoàng đế (光武皇帝) và thường gọi tắt là Hán Quang Vũ Đế. Thái tử Lưu Trang lên nối ngôi, tức là Hán Minh Đế.