Lưu Tú muốn thu lấy quân đội U Châu, trong đêm triệu Đặng Vũ, hỏi có thể cử ai lên đường, Vũ đáp: “Gần đây cùng Ngô Hán nói chuyện, ông ta làm người mạnh tợn lại có mưu trí, chư tướng ít kẻ theo kịp.” Lưu Tú lập tức bái Hán làm Đại tướng quân, cầm cờ tiết lên phía bắc thu lấy đột kỵ của 10 quận. U Châu mục Miêu Tăng (do Canh Thủy đế bổ nhiệm) nghe tin, ngầm áp chế quân đội, sắc cho các quận không được điều binh. Hán đem 20 kỵ binh đi trước đến Vô Chung [5]; Miêu Tăng cho rằng Hán không phòng bị, bèn ra đón ngoài lộ; Hán lập tức xua kỵ binh, bắt Tăng đem chém, rồi thu lấy quân đội của ông ta. Người miền bắc kinh hãi, chẳng thành ấp nào dám không theo, đều giao ra quân đội. Hán đưa binh trở lại phía nam, hội họp với Lưu Tú ở Thanh Dương [6]. Chư tướng trông thấy Hán trở về, người ngựa rất nhiều, đều nói: “Chẳng biết có chịu chia binh cho người khác hay không?” Đến khi Hán vào mạc phủ, dâng lên danh sách binh sĩ, chư tướng ai cũng cầu xin, Lưu Tú nói: “Vừa mới sợ người ta không chia cho, bây giờ cầu xin là làm sao?” Chư tướng đều xấu hổ.

Bấy giờ Thượng thư lệnh Tạ Cung của chánh quyền Canh Thủy đang ở Nghiệp [7], khiến Lưu Tú kiêng dè. Lưu Tú sắp nam hạ đánh nghĩa quân Thanh Độc, đề nghị Tạ Cung chặn đánh nghĩa quân Vưu Lai ở Sơn Dương; Cung nhận lời, bèn lấy Đại tướng quân Lưu Khánh, Ngụy Quận thái thú Trần Khang giữ Nghiệp, tự soái chư tướng lên đường. Nghĩa quân Thanh Độc thất bại, quả nhiên nghĩa quân Vưu Lai sợ chạy về phía bắc, bị Tạ Cung chặn lại ở núi Long Lự. Nghĩa quân Vưu Lai liều chết chiến đấu, khiến Tạ Cung đại bại, tổn thất vài ngàn người. Trong lúc ấy Lưu Tú lệnh cho Hán cùng Sầm Bành đem binh tập kích Nghiệp. Hán trước tiên lệnh cho biện sĩ thuyết phục Trần Khang; Khang lấy làm phải, bèn bắt Lưu Khánh cùng vợ con của Tạ Cung, mở cửa cho bọn Hán. Đến khi Tạ Cung quay về, không biết Trần Khang làm phản, đem vài trăm khinh kỵ vào thành. Hán phát động phục binh bắt được Tạ Cung, tự tay giết chết ông ta, khiến tất cả bộ hạ của ông ta đầu hàng.

Lưu Tú bắc tiến đánh dẹp các lực lượng khởi nghĩa nông dân, Hán luôn đem 5000 đột kỵ làm tiền phong, nhiều lần đi trước phá trận. Bình định xong Hà Bắc, Hán cùng chư tướng căn cứ vào Đồ thư (sách sấm) để khuyên Lưu Tú lên ngôi hoàng đế. Sau khi Lưu Tú lên ngôi, tức là Quang Vũ đế, bái Hán làm Đại tư mã, thêm phong tước Vũ Dương hầu.