光武帝更换储君的决定并不能让所有人都满意，虽然刘庄在父亲的有心安排下获得皇位继承资格并顺利即位，但是地位并不稳固。尤其是在光武帝驾崩，汉明帝登基之后，光武诸子就对明帝的皇位继承权发起挑战，诸王谋反事件一再发生，在《后汉书光武十王列传》中有详细的文字记载。
首当其冲的是明帝的同母弟弟广陵思王刘荆。刘荆为人刻薄而阴险，有才能而喜文法，光武帝驾崩后，刘荆在灵柩前哭而不哀，随后派人诈称东海王刘彊的舅舅大鸿胪郭况写了一封“飞书”（匿名信）给刘彊，信中说新帝乃是人为安排，强者为右，他劝刘彊应迅速起兵，维护父皇的帝业。
刘荆有才能，心存称帝之意，欲借东海恭王刘彊的号召力达到自己的目的。刘彊在接到这封伪书信后，立即拘捕送信之人，并且将“飞书”上报给明帝。汉明帝知道是同母弟弟刘荆所为，不忍深究，仅是将刘荆迁往河南宫。但刘荆并没有死心，乘西羌叛乱之际，频繁活动，秘密结交士人，明帝听闻又徙封其为广陵王，命他回封地。
刘荆对此仍未反省，又暗招相工询问“我貌类先帝。先帝三十得天下，我今亦三十，可起兵未？”相面者将此事告发，刘荆大感畏惧，自请入狱。汉明帝再次加恩特赦，没有继续追究此事，而刘荆依然不知悔改，让巫祭祀祝诅，被有司举报请诛之，刘荆自杀，汉明帝同情怜悯他，赐其谥号曰思王。
其后，济南安王刘康在封国不遵法度，交往宾客，被人上书告发刘康秘密召集州郡奸猾之徒图谋不轨。案情核实后，明帝因亲属之故，不忍心寻根充底，只削除刘康封地中祝阿等五县以作惩罚。
楚王刘英，光武帝许美人所生，建武十七年进爵为王，因母无宠，封国最小。刘英为人城府颇深，刘庄被立为太子后，刘英在私底下刻意拉近与刘庄的距离，两人之间关系特别亲厚，所以刘英在明帝即位后便多次受到封赏。刘英喜好图邀，遂大肆结交方士之徒，永平十三年，男子燕广告发楚王刘英与渔阳王平、颜忠等伪造图谶，有谋逆之举，经有司査证属实，请诛之。
汉明帝遂废其国，迁刘英至丹阳，第二年刘英自杀。汉明帝在刘英自杀后，下令搜捕其党羽，持续数年之久，牵连者不计其数，史载“楚狱遂至累年，其辞语相连，自京师亲戚诸侯州郡豪桀及考案吏，阿附相陷，坐死徙者以千数”。
淮阳王刘延生性骄奢，却驭下严厉，永平年间，有人告发刘延与姬兄谢魚及驸马都尉韩光招募奸猾之徒，作图谶，祠祭祝诅。案情交下査验后，韩光、谢穽被杀，供辞牵连甚众。汉明帝对待兄弟诸王挑战其皇位继承权的举动有着截然不同的态度。对于如广陵王刘荆、淮阳王刘延等谋反未遂的事件比较宽容，这是因为他们的不轨行为不成气候，对中央政府并没有很大威胁，丝毫不会影响政权的稳定和皇权的巩固。但是对于楚王刘英的谋反行动，则毫不留情，大肆搜捕以清除潜在的威胁。
林剑鸣在著作《秦汉史》中对此的解释为“对于楚王英谋反的处理，之所以如此大肆株连，就是因为楚王英和其他企图谋反诸王有所不同，他在一部分人中有相当的基础，若不剪其羽翼，对皇权是有威胁的，因此就是在刘英死后，皇帝也不惜大肆杀捕。可见所谓不忍，所谓宽容是在一定限度内，超过这一限度，就不惜釆用极残酷的措施了。总之，东汉初年皇帝对诸侯王采取恩威并施的政策，是皇权巩固的表现，而这一政策实施的结果，又加强了皇权，从而使封建专制主义中央集权在一个方面得到巩固”。
汉明帝在永平三年二月，宣布立贵人马氏为皇后，皇子刘炬为皇太子，当然，确立太子的这一决定也有其内在的考量。汉明帝皇后马氏是扶风茂陵人，伏波将军马援的小女儿，自幼聪慧，面容娇美，十三岁就被选入太子刘庄宫中，无论是服侍明帝生母阴氏，还是与周围宫妃的相处，马氏的礼仪规矩都做得很周到，上下相安，于是特别得到刘庄的宠爱，常居内室后堂。
汉明帝即位后，册封她为贵人，至永平三年春，大臣们奏请册立皇后，明帝并未多言，皇太后认为马氏贤德居后宫之首，遂封为皇后。遗憾的是，明帝马皇后虽然宠爱不衰，但一直未能生子，明帝的九个儿子全是其他嫔妃所生，均非嫡子，这使得明帝能放手指定太子。
汉明帝选定自己的第五子刘炬继承皇位的原因有两个。第一，刘炬自小聪明伶俐，博览群书，能力很强，深受明帝的器重。第二，刘炬生母为贾贵人，且和马氏是亲戚关系，因此在刘炬出生后，明帝命令交由无子的马氏抚养。这种收养的形式是东汉对嫡长子继承制的新发展，在皇后未生子的情况下，她收养的皇子和她便等同于亲生母子关系，具有嫡长子的身份。所以汉明帝封后立储同时进行，马氏成为皇后，她抚养的刘炬成为实际意义上的嫡长子，是皇位第一继承人，被明帝封为太子。
汉章帝在位期间，围绕皇位继承也发生过废立太子事件。章帝建初二年，已故大司徒窦融的曾孙女窦氏与其姐妹均被选入洛阳长乐宫。窦氏六岁能读书识字，聪颖美丽，家中亲戚都很惊奇，认为此女贵不可言”等到入宫后，她的行为举止合乎礼节，风姿容颜都很出众，而且“性敏给，倾心承接，称誉日闻”。遂在第二年被章帝立为皇后，但是窦氏未能生育，太子只能在章帝妃嫔所生的儿子中产生。
汉章帝共八子，长子千乘王伉，次子平春王全，三子清河王庆，四子和帝，五子济北王寿，六子河间王开，七子城阳王淑，八子广宗王万岁。平春、城阳和广宗三王均早卒，无子，国除。其余五个儿子中，清河王庆为宋贵人所生，和帝为梁贵人所生，济北王寿和河间王开都是申贵人所生，而千乘王伉则“不载母氏”，其母可能出生微贱。
依据嫡长子继承制中的“子以母贵”原则，千乘王伉虽为长子，却身份最低，无缘太子之位，而在其他四个贵人所生的皇子中刘庆又最为年长，于是章帝在建初四年立皇子庆为皇太子。
值得注意的是，刘庆的生母宋贵人是马氏的姻亲，其父名杨，史载“杨姑即明德马后之外祖母也”。但等到马太后去世后，形势有所变化。章帝窦皇后虽然无子，却依然宠幸殊特异，独占后宫，若太子刘庆顺利继承皇位，对窦皇后及其家族大为不利，于是窦皇后开始策划废太子。
一方面，窦皇后与其母泄阳公主谋划陷害宋贵人，在外让自己的兄弟搜集宋贵人的过失，在内令周围的侍从女官侦探宋贵人的得失，随后更是诬陷宋贵人欲行巫蛊之事，日夜在章帝面前诋毁，导致宋贵人和刘庆母子逐渐被章帝疏远。
太子刘庆被移出东宫，居住在承禄观，窦皇后又暗示掖庭令诬告太子参与巫蛊之事，终于在建初七年，章帝下诏将太子刘庆废为清河王，并将宋贵人姐妹迁居至丙舍，命令小黄门蔡伦调査，而蔡伦暗承窦皇后旨意将她们送入暴室，严加拷问，最终宋氏姐妹一起饮药自杀。另一方面，窦皇后又效仿前人，将梁贵人所生之子刘肇“养为己子”，刘肇因此获得嫡长子的身份，在刘庆被废后被立为储君。
对于宋贵人和刘庆，章帝心中也许充满歉疚之情，在宋贵人死后，章帝“伤之”，命掖庭令好好安葬；刘庆被废时虽然年纪尚幼，却知晓畏祸避嫌，言语中根本不敢提及宋氏，章帝“怜之”，下令皇后让刘庆的衣服和太子一样。也许章帝知晓窦皇后的所有策划安排，可是依然选择默认和纵容，可见改立皇储也是章帝自己的选择，皇位继承人的选择尚处于皇权控制之下。