且说高祖讨伐英布时，被弩箭射中，此后，一直受此伤困扰，时好时坏。
等到了汉高祖十二年（公元前195年）三月间，病情渐渐严重，吕后请来御医进行诊治。
御医进去见高祖，高祖询问御医这病是否能治好，御医说：“病可以治好。”
高祖一听口气，就知道不会好了，于是，展现出一直以来的本性，谩骂道：
“我以一个布衣平民，手提三尺剑取得天下，这不是天命吗?命运在天，虽有扁鹊，又有什么用处!”
高祖自知生命已经到了尽头，不让御医治病，赏赐黄金五十斤，叫他离去。
吕后看着弥留中的高祖，近前问高祖道：
“陛下百年以后，萧相国如果死了，让谁接替他?”
高祖说：“曹参可以。”
吕后又问：“曹参之后呢？”
高祖说道：“王陵可以。但是，王陵稍为憨直，陈平可以帮助他。”
“陈平智慧有余，然而难以独立担当。周勃稳重厚道，缺少文才，但能安定刘氏天下的一定是周勃，可以让他做太尉。”
吕后又问：“这之后呢？”
高祖说：“这以后也不是你所能知道的。”
卢绾听闻高祖病重，带着几千人马在边境上等候消息，希望高祖病愈之后，自己回到长安谢罪。
汉高祖十二年四月二十五日（公元前195年6月1日），高祖在长乐宫中，瞑目而崩。享年六十二岁。葬于长陵（在今陕西咸阳），谥号高皇帝，庙号太祖。
自高祖被封为汉王后，直到逝世，总计十二年。
卢绾听到高祖驾崩，担心吕后杀死自己，带人逃入匈奴。
高祖逝世，吕后过了四天秘不发丧，而是叫来审食其商量道：
“将领们和皇帝同为编户平民，如今北面称臣，为此常常怏怏不乐，现在事奉年轻的皇帝，心里会更不高兴，不如全部族灭了这些人，否则天下不会安定。”
吕后身边的人，听到了这个消息，告诉了丽商将军。
丽商将军立即去见审食其，说道：
“我听说皇帝已经驾崩，四天不发丧，想要诛杀将领们。如果真是这样，天下就危险了。”
“高祖命灌婴统率十万士卒驻守荥阳，周勃统率二十万士卒平定燕、代，这时他们听到皇帝驾崩，将领们全部被杀，必定连兵回来向关中进攻。”
“大臣叛乱于内，诸侯造反于外，天下覆灭可以翘足而待了。”
审食其听后，赶紧进宫把这些话告诉了吕后，于是，吕后为高祖发丧，大赦天下。拥立太子刘盈为皇帝，即孝惠帝。
吕后，临朝称制。大臣们都说：“皇帝由平民起家，拨乱反正，平定天下，是汉朝的开创皇帝，功劳最高。”上尊号为“高皇帝”。朝廷下令各郡国诸侯都建立高祖庙。每年按时祭祀。
到了孝惠帝五年，孝惠帝思念高祖回沛时的悲乐情景，就把沛宫作为高祖原庙。高祖所教唱歌的儿童一百二十人，都让他们做高祖原庙中演奏音乐的人员，以后有缺额，就立刻补上。
高皇帝八个儿子都被封为王，他们是：长子是庶出的齐悼惠王刘肥;其次是孝惠帝，吕后所生;再次是戚夫人生的赵隐王刘如意;再次是代王刘恒，薄太后所生;再次是梁王刘恢，吕太后时徙为赵并王;再次是淮阳王刘友，吕太后时徙为赵幽王;再次是淮南厉王刘长;再次是燕王刘建。
纵观历史，汉高祖刘邦首要的贡献，就是为建立长期稳定的大一统王朝，为建立汉民族的身份认同感建立了稳定的基础。
在此基础上，汉高祖刘邦还创造了历史上如下的“第一”：
一、第一位由平民登上帝位的皇帝。
二、第一位御驾亲征而统一天下的皇帝。
三、第一位运用“招降纳叛”和“统一战线”军事战略战术的皇帝。
四、第一位以“休养生息”为国策从而在全国大力发展经济的皇帝。
五、第一位“释放奴婢”从而一定程度上打击奴隶制度、解放生产力的皇帝。
六、第一位在全国范围内实行“轻徭薄赋”政策、实行“十五税一”低税率的皇帝。
七、第一位推行“量吏禄，度官用，以赋于民”的财政支出紧缩政策而提倡节俭的皇帝。
八、第一位制定礼仪从而巩固皇权的皇帝。
九、第一位下“求贤诏”在全天下广招贤士人才的皇帝。
十、第一位诗作流传天下的皇帝，其诗作——大风歌被誉为“千古人主第一词”。
十一、第一位祭祀孔子并重用儒士的皇帝，从而为汉朝及后世以儒家文化为主体思想治国奠定了基础。
十二、第一位以孝治理天下的皇帝。
太史公评曰：“然王迹之兴，起于闾巷，合从讨伐，轶于三代，乡秦之禁，适足以资贤者为驱除难耳。故愤发其所为天下雄，安在无土不王。此乃传之所谓大圣乎？”
被誉为“近世以来最伟大的历史学家”的阿诺德·约瑟夫·汤因比评价说：人类历史上最有远见、对后世影响最大的两位政治人物，一位是开创罗马帝国的恺撒，另一位便是创建大汉文明的汉太祖刘邦。恺撒未能目睹罗马帝国的建立以及文明的兴起，便不幸遇刺身亡，而刘邦却亲手缔造了一个昌盛的时期，并以其极富远见的领导才能，为人类历史开创了新纪元！
而敬爱的老人家则称赞刘邦道：
刘邦是在封建时代被历史学家称为“豁达大度，从谏如流”的英雄人物。刘邦同项羽打了好几年仗，结果刘邦胜了，项羽败了，不是偶然的。
能够打败项羽，是因为刘邦和贵族出身的项羽不同，比较熟悉社会生活，了解人民心理。
汉太祖刘邦比西楚霸王项羽强，他得天下一因决策对头，二因用人得当。