赤眉将领颁出告示："刘玄投降，封长沙王。二十天后，不再受降。"刘玄见告示，即向赤眉军投降。十月，长安的天气已寒意习习，刘玄赤裸上身，双手捧着传国玉玺，恭恭敬敬地跪在赤眉军立的小皇帝刘盆子面前投降。赤眉封刘玄为长沙王，赐带有侮辱性的"畏威侯"，总算苟全了一条性命。
赤眉进长安后，同样没有给长安人民和三辅地区的百姓带来安宁。他们烧、杀、抢、掠，弄得百姓怨声载道。人民在痛苦的死亡线上挣扎，还出现了人吃人的现象。面对着这些赤眉军，长安百姓又怀念起更始帝来，有人甚至想把刘玄从赤眉手中"抢"出来，作为号召，重振旗鼓，反对赤眉。消息传到赤眉将领那里，他们感到保留刘玄，只会给他们带来麻烦，只有把刘玄杀掉，才能消除后患。
建武元年（25）十二月，赤眉将领授意将军谢禄，叫一亲兵带刘玄去郊外放马。刘玄不知是计，跟着他来到郊外。还没等他搞清原因，他就被捆绑起来。一根打了活结的绳索立刻套上他的脖子，绳子的另一端被甩到大树的枝丫上。亲兵使劲拉绳子，刘玄的身体晃了几下就动弹不得。刘盆子的哥哥刘恭连夜摸黑赶来，草草埋葬了刘玄。刘秀进长安后，掘出刘玄尸骨，把他重新改葬于霸陵。
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