隗嚣见全军覆没，只得率领少量残部逃奔西城（今甘肃天水西南）。汉军乘胜追击，一举占领了天水郡的大部分地区，陇右的局势彻底逆转。然而，就在刘秀即将平定陇右之际，中原地区传来急报：农民军余部再次起兵叛乱，逼近洛阳，京师骚动。刘秀无奈，只得留下部分军队继续围困西城，自己则率领主力赶回洛阳，平定叛乱。
同年十一月，负责围困西城的岑彭，为了尽快攻克城池，采取了水攻之策：他下令挖掘渠道，引西城附近的河水灌城。西城城墙在洪水浸泡下逐渐坍塌，眼看就要被汉军攻克。就在这危急时刻，隗嚣的部将王元、行巡、周宗率领公孙述派遣的五千巴蜀援军赶到。这支援军从高地突然发起反击，汉军猝不及防，阵脚大乱。王元等人趁机率军突入西城，将隗嚣从城中救出，一同逃往冀县。
此时，汉军的补给也出现了困难，粮草已尽，无法继续作战。负责指挥的将领只得下令撤军，放弃了已占领的天水郡等地。隗嚣趁机收拾残部，重新占据了陇西的数个郡县，陇右的战局再次陷入胶着。
建武九年（公元33年）正月，隗嚣因连日征战、心力交瘁，加之突围时受了重伤，在冀县病逝。隗嚣死后，其部众拥立他的少子隗纯为王，继续与东汉对抗。然而，此时的隗嚣集团早已人心涣散，实力大不如前，平定陇右只是时间问题。
建武十年（公元34年）八月，刘秀再次派遣耿弇、寇恂率军进攻陇右，目标直指隗纯驻守的高平第一城。高平第一城是隗纯集团的重要据点，城防坚固，守军众多。耿弇采取“围点打援”之策，先是将高平第一城团团围困，断绝其粮道，随后击退了前来增援的隗纯军。城中守军见援军被击退，粮草断绝，士气崩溃，最终开城投降，高平第一城被汉军攻克。
同年十月，来歙、盖延率领另一路汉军，进攻隗纯集团的最后据点落门（今甘肃武山洛门镇）。落门地处陇山深处，地势险要，是隗纯的最后屏障。来歙、盖延率军猛攻多日，终于攻破落门。隗纯的部将王元见大势已去，只身逃往巴蜀，投奔公孙述；隗纯则率领残余部众投降汉军。
至此，历时四年的陇右之战终于结束，陇西地区尽数归入东汉版图
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