吴汉回到广都后，留刘尚拒公孙述，上书报告刘秀，而且自我谴责。刘秀道：“你回广都，很是适宜，公孙述必不敢忽略刘尚而攻击你。如果他先攻刘尚，你从广都五十里率全部步骑赴敌，刚好遇到他的危困，必可破蜀兵。”此后，两军激战于广都、成都之间，汉军八战皆捷，围困成都。公孙述自率数万人出城大战，吴汉使护军高午、唐邯率精兵数万人冲锋陷阵。蜀兵大乱，高午冲入阵中刺伤公孙述，公孙述返回城中伤重而亡。次日，公孙述大将延岑开城出降。吴汉率部入城，放兵大掠，族灭公孙述、延岑家族，烧毁宫室，残杀百姓。刘秀大怒，严词谴责吴汉，又指责副将刘尚失伐罪吊民之义。
晚年生活
37年（建武十三年）正月，吴汉旅浮江而下，到达宛城后，奉诏令祭祖。39年（建武十五年），吴汉再率马成、马武北击匈奴，把雁门、代郡、上谷官吏人民六万余口，迁徙安置到居庸关、常山关以东。
42年（建武十八年），蜀郡守将史歆在成都谋反，自称大司马，进攻太守张穆。张穆逃奔广都，史歆就移檄到郡县，而宕渠杨伟、朐月忍徐容等各起兵响应史歆。刘秀因史歆曾是岑彭的护军，精通军事，所以派遣吴汉率领刘尚及太中大夫臧宫率万余人前往讨伐。吴汉进入武都，征发广汉、巴、蜀三郡兵围困成都。后成都城破，史歆被杀。吴汉乘筏沿江而下巴郡，杨伟、徐容等惶恐解散，吴汉杀其大帅二百多人，将其党与百家迁徙到南郡、长沙。
44年（建武二十年），吴汉病危。刘秀亲临看望，并问吴汉后事。吴汉道：“臣愚昧无知，只愿陛下慎重不要轻易赦免罪犯而已。”吴汉去世后，刘秀赐谥号忠侯，并发北军五校、兵车、甲士为其送葬，效法大将军霍光的丧礼。
轶事典故
差强人意
吴汉性格好强、每次出征，刘秀都放心不下。诸将见战阵不利，有的便惶恐畏惧，失去斗志。而吴汉意气如常，正整理武器，审阅兵马。刘秀知道后叹道：“吴公差强人意，隐若一敌国矣。”
对“吴公差强人意，隐若一敌国矣”一语，近代王先谦《后汉书集解》一书引宋代王幼学解云：“谓（吴）汉甚发起人意思。”近人张相《诗词曲语辞汇释》引王幼学之说后亦加按语云：“然则‘差强人意’云者，乃‘甚强人意’之谓，非‘稍强人意’之谓也。”也就是说，刘秀这句话的意思是说：吴公颇能振奋人的意志，他的威望抵得上一国军队。
分田宅
吴汉出征后，妻子在家购置田业。吴汉回来后，责备妻子道：“军师在外，官吏士卒供养不足，何必多买田宅？”于是尽数分给昆弟们和外家。
人物评价
总评
《后汉书》将吴汉与盖延、陈俊、臧宫同列一传，并评价道：
历代评价
邓禹：吴汉与邓弘俱客，苏弘称道之。禹数与语，其人勇鸷有智谋，诸将鲜及。
诸葛亮：治世以大德，不以小惠，故匡衡、吴汉不愿为赦。
虞世南：汉祖之臣，三杰是也；光武之佐，二十八将是也。岂得以邓禹、吴汉匹於张良、韩信者乎？
张说：光乘积学而善谋，求之古人，吴起、韩信敌也；师倩沈勇而能断，求之古人，彭越、吴汉类也；思齐忠壮而异材，求之古人，张飞、许褚等也。
张仲宣：汉有二十八将者，上应二十八宿也，或以文雅光国，邓禹有决胜之奇；或以武能威人，吴汉有绥边之略。功论树下，冯异之绩弥彰；冰结河中，王霸之诚尤著。
薛稷：恪居尔位，勤不告劳，则萧公堂堂，吴汉纠纠，冯豹伏於阁下，黄公宿於台上：忧国奉公，可以不谓忠乎？
司马光：吴汉为人，质厚少文，造次不能以辞自达，然沉勇有智略。
朱熹：古之名将能立功名者，皆是谨重周密，乃能有成。如吴汉、朱然终日钦钦，常如对陈。须学这样底，方可。
陈元靓：广平为将，义激风雷。功扶火运，貌炳云台。封分四县，位列三槐。千载之后，名犹伟哉。
徐钧：智谋勇略已过人，况拥幽州突骑兵。拉朽摧枯功盖世，可令纵掠损威名。
归有光：光武承王莽之乱，奋迹南阳，恢复旧物，则有邓禹、吴汉、贾复、寇恂、马援、冯异、岑彭、来歙之徒宣其力。
王夫之：① 来歙也、祭遵也、寇恂也、吴汉也，皆出可为能吏、入可为大臣者也。 ② 触其致死之心，徼幸而犹图一逞，未易当也。吴汉逼成都而取败，必然之势矣。 ③ 光武所与兴者，南阳崛起之流辈，而其收河北以为根本，则唯得耿弇、寇恂、吴汉而大业定。
黄道周：吴汉为将，一心光武。说宠击郎，广阿从主。光武发兵，任汉军旅。苗曾阴速，汉先加斧。所发之兵，尽上幕府。建茂合兵，汉伤膝处。奋起击之，溃遁无所。后伐公孙，两营隔阻。帝闻大惊，败端立数。汉励诸军，衔枚复伍。八战八克，刺述于俎。传首长安，于国有补。
黄彭年：微必亲，暇必整，胜必防，败必律，毋轻其豫，毋怠其既，谨也，吴汉近之。
后世地位
公元60年（永平三年），汉明帝命人绘二十八功臣像，挂于南宫云台，其中吴汉名列第二。
公元782年（唐建中三年），礼仪使颜真卿向唐德宗建议，追封古代名将六十四人，并为他们设庙享奠，当中就包括“大司马广平侯吴汉”。
公元1123年（北宋宣和五年），宋室依照唐代惯例，为古代名将设庙，七十二位名将中亦包括吴汉。
北宋年间成书的《十七史百将传》中，吴汉位列其中。
家庭成员
兄弟
兄长：吴尉，战死，儿子吴彤被封为安阳侯。
弟弟：吴翕，封褒亲侯。
子孙
儿子：吴成，袭封广平侯，被家奴杀害，谥号哀。
儿子：吴国，封新蔡侯。
孙子：吴旦，吴成之子，封灈阳侯。
孙子：吴盱，吴成之子，封筑阳侯，改封平春侯。
曾孙：吴胜，吴盱之子，袭封平春侯。
侄子：吴彤
史籍记载
《后汉书-卷十八·吴盖陈臧列传》
艺术形象
民间形象
评书
《东汉演义》中，吴汉曾在校场一箭解双危，气走贾复，被王莽召为驸马，封潼关总镇。后杀妻归汉，位列云台三十六将，星号亢金龙。
戏剧
传统戏曲中以吴汉为主的剧目有《吴汉杀妻》（又名《斩经堂》，然而此内容纯属杜撰），潮剧、京剧、蒲剧、秦腔、河北梆子、晋剧、粤剧、楚剧中都有这出剧目。
影视形象
2013年电视剧《长歌行》中，蔡珩饰演吴汉。
墓葬纪念
河南省南阳市卧龙区龙兴乡吴老庄村是东汉大司马吴汉故里和吴汉墓所在地，现存有吴汉墓、娘娘庙、大王庙、鼓石、练兵场、义马冢、七十二眼井等不少
汉文化遗迹。
在对吴汉故里的保护、重修中，卧龙区委、区政府要求龙兴乡及相关部门与北京地亚公司在该乡的投资开发计划相结合，把墓区开发与墓区所在地经济开发紧密结合，搞出一个整体开发规划。墓区旅游开发规划将分为三期工程，分十年投资修建。一期工程主要是墓地修复，规划占地50亩。二期工程主要包括吴家老宅的修复，占地66亩。三期工程主要是展区和修建工程，占地70亩。
