刘庄登基后，继续奉行光武帝在位时期为巩固东汉统治而推行的各项政策。对于依仗权势，作威作福的外戚、大臣严加惩处。比如护羌校尉窦林系大司空窦融亲属，既是功臣子弟，又是外戚之家。
永平二年（公元59年），窦林以“欺君罔上、贪赃枉法”之罪下狱论死。刘庄以窦融管教子弟不严，数次下诏责罚，将窦融罢官。后来，刘庄之弟楚王刘英、广陵王刘荆、司徒虞延、司徒邢穆等都以有罪自杀；河东尹薛昭、司隶校尉王康、驸马都尉韩光等也都先后坐事论死。可见刘庄对于外戚、大臣以至宗室诸王控御极严，一旦犯法，从严治罪，决不因其官职高、地位亲近而加以宽贷。于是，群臣震恐，朝廷肃然。
刘庄还注意整顿吏治，对地方官吏进行严格的考察和黜陟。从慎重选举官吏着手，对吏治进行整顿。
永平九年（公元66年）又“令司隶校尉、部刺史岁上墨绶长吏视事三岁以上理状尤异者各一人，与计偕上；及尤不政理者，亦以闻。”规定出对地方官吏的考察黜陟制度，每年进行一次。在选官用人上，刘庄严令杜绝权门请托。他的姊妹馆陶公主为子求郎，不许，而赐钱千万。
刘庄在位期间，多次下诏减免赋税徭役，减轻刑罚；令官吏劝督农桑，治理病虫害；并以公田赐与或赋与贫民。此外，刘庄大力兴修农田水利，其中最大的工程是治理黄河。西汉末年以来，黄河年久失修，为患益甚，“兖、豫百姓怨叹”。明帝乃令著名水利专家王景和王吴率兵卒数十万人治水。自荥阳东至千乘海口千余里，十里立一水门，令更桐洄注，无复溃漏之患，从而保障了黄河中下游农业生产的正常进行。刘庄提倡节俭，宫廷生活不尚奢侈，一时之间，上行下效。所以，当时民安其业，户口滋殖。光武帝末年，全国载于户籍的人口为两千一百多万，至刘庄统治后期，在不到二十年的时间里激增至三千四百多万。刘庄和其子章帝刘炟在位期间，出现了繁荣的盛世局面，史称“明章之治”。
开疆拓土
在国力增强的基础上，刘庄积极经营边疆，与北匈奴争夺西域。光武帝刘秀统治时期，因忙于恢复社会生产和安定社会秩序，无力经营边疆，对西北地区暂时采取羁縻政策。到了永平末年，国势强盛，刘庄乃改弦易辙，变过去的消极羁縻为积极经营。
永平十五年（公元72年），刘庄派遣奉车都尉窦固、驸马都尉耿秉率兵驻屯凉州，以为经营西北的准备。
永平十六年（公元73年）春，刘庄命窦固、耿秉等分四路出击北匈奴。窦固率军出酒泉，大败匈奴呼衍王于天山，留兵屯守伊吾卢城（今新疆哈密西），并遣假司马班超等率所部吏士三十六人，先后在鄯善（今新疆若羌一带）、于阗（今新疆和田）击败亲匈奴势力。“于是诸国皆遣子入侍，西域与汉绝六十五载，至是乃复通焉。”
永平十七年（公元74年），窦固、耿秉等率领大军再次击败北匈奴于蒲类海（今新疆巴里坤湖）后，复置西域都护、戊己校尉于龟兹（今新疆库车）、车师（今新疆吐鲁番），恢复汉朝对西域地区的统治。
中年去世
永平十八年八月壬子日[（公元75年9月5日[），刘庄在雒阳东宫前殿去世，时年四十八岁。谥号孝明皇帝，庙号显宗。薄葬于显节陵（今河南洛阳市东南）。
政治
严防外戚
刘庄严令后妃之家不得封侯与政，对贵戚功臣也多方防范。他在位时，他的舅舅们都位不过九卿。馆陶公主想替他儿子求个郎官做，刘庄宁可送给外甥一千万钱，也不答应。[ 大臣阎章才学出众，工作突出，但因妹妹是后宫嫔妃，刘庄为不破坏外戚不封侯参政的规矩，硬是不提拔阎章。
刘庄在位期间，后妃外家有显贵的，都裁掉她们家中一人充当列将、校尉的备员，充当宿卫，看门而已，终其一朝没有封侯干预朝政的外戚。[]
同时，刘庄又委任开国元勋邓禹为太傅，同母弟东平王刘苍为骠骑将军，光武朝太尉赵憙保留原职，使宗室、功臣、官僚集团都有了自己的政治代表。同时对生母阴太后、异母郭圣通都非常尊重，平等对待，赢得了外戚和臣下的好评。[]
严苛驭下，威慑百官
刘庄对下面的官员非常严厉，因为父亲光武帝施政时对大臣比较宽松，是由于他的威望高，而明帝是没有他父亲那样的威信的，靠他的威望驾驭自己父亲那些老臣，显然是不够的。所以他对于官员是很苛刻的，这在两汉诸帝中是不多见的。
刘庄曾下诏赐予投降的胡人十匹缣（丝织品），而尚书台执行的时候，不小心将“十”看成了“百”，刘庄得知后，大怒，把尚书郎召集前来准备杖责。尚书仆射钟离意来到后，磕头说：“过失错误，常人难免。若以懈怠轻慢为罪责，臣官大，罪重，而尚书郎官小，罪轻，臣应当先坐。”于是脱下衣服准备挨打。刘庄明白其意，便对诸尚书郎从轻处罚。
刘庄生性褊狭苛察，喜欢用耳目（眼线）揭发百官的隐私，因此公卿大臣多次被诋毁，身边的近臣以及尚书以下的都被“提拽”。曾有一次，被尚书郎药崧惹怒，刘庄便抡起木棍打药崧。药崧逃到床下躲避，刘庄更加愤怒，呵斥：“出来，出来！”药崧说：“天子穆穆，诸侯煌煌，没有听说过君主亲自起来打郎官的。”刘庄听后放过了他。朝廷上文武百官听说此事后，无不恐惧战栗，争相严格办事，以逃避责罚。
刘庄曾对群臣说：“百官上应列宿，出则主宰百里外的全国各地，如果其人不正，则百姓要受其殃，所以才对百官严格治理。”因此，刘庄在位时期，官吏称职，民安其业，远近肃然敬服，户口连年增长。[]
打击宗室
光武帝时，对同姓宗室王限制比较严格。自己的十个儿子虽然都封王，但封地都比较小，较之西汉的同姓王差得很多。而且在郡国内，没有任何实际的权力。
明帝的同母弟刘荆是光武诸位皇子中比较有才能的一个，他给废太子刘疆写信，说他无罪被废，应该从自己的封地东海起兵，像汉高祖那样取天下、即皇位。刘疆接到书信后吓坏了，马上把信交给刘庄。刘庄没有追究此事。后来羌人和东汉作战，刘荆又四处活动。刘庄又让他去封地。去了封地，他问相士，我长得像先帝，先帝三十岁当皇帝，我如今也已三十，可以起兵吗？吓得相士赶快告诉郡国的官员，刘荆害怕，自投监狱。刘庄又没有追究。后来刘荆又使巫祭祀祝诅，被郡国的官吏报告，惶恐之下自杀。
光武帝与许美人所生的楚王刘英，在明帝当太子时就和明帝关系不错。刘英结交宾客，又在封国作金龟玉鹤，刻文字为符瑞，积极准备造反。被一个叫燕广的人告发，有司奏情要求诛杀他，刘庄不忍，只是把他罢免流放。后来刘英自杀。刘庄发现刘英结交士人官吏的名录，为此兴了大狱，株连了很多人。[]
郭皇后生的两个儿子刘康和刘延也在封国结交宾客，图谋不轨，但因为不像刘荆、刘英那么严重，所以只是被削减封地。[]
限制豪强
光武中兴后鉴于王莽篡位，所以对外戚还是有所限制，但同时他又利用外戚来防范宗室。在大司马吴汉死后，光武想让自己的小舅子阴兴接任大司马，因为大臣的反对才做罢，但死后仍然让自己的女婿梁松辅政。
明帝即位后，一改光武为政时的柔道，而大刀阔斧地代之以刚猛。刘庄根据光武帝生前的意思，画将于云台，但对自己的岳父马援却不予收入，这就给大臣们一个信号，就是自己要限制和约束外戚。而且，他在位时，他的三个大舅子、小舅子马廖，马光，马防都位不过九卿。
随后他就开始处理外戚和豪强们，功臣、大司空窦融不善于约束自己的家人和子弟，结果子孙多不法。窦融从兄子窦林坐欺罔及臧罪，下狱死。窦融的长子也是光武的附马窦穆因为封地离六安国比较近，就想占据六安，于是假传阴太后的旨意，让六安侯刘盱休妻而娶自己的女儿。后来此事被明帝知道，窦穆被免官，窦氏人中，除了窦融留京，全被迁回故郡。窦融也被刘庄斥责，吓得窦融也辞职回家养病。窦穆等后来被赦免，允许回京城居住，但明帝派人严格监视他们。窦穆心怀不满，口出怨言又贿赂官吏，结果他和两个儿子窦宣、窦勋都死在狱中。
太后阴丽华的弟弟阴就的儿子附马阴丰，杀了公主，虽然阴太后还在，但刘庄也不徇私情，将阴丰杀死，阴就夫妇也自杀。
刘庄又以“怨望、县飞书诽谤”为由杀了河西功臣梁统的儿子同时也是自己姐夫的梁松。
经济
治理水患
汉明帝的重要政绩，是任用王景治理黄河和汴渠。西汉平帝时，黄河、汴渠决口泛滥，其后战乱发生，一直没有整治。刘秀曾想修建堤防，但因天下初定，国力负担不了如此浩大的工程，而当时危害并不显著，因此作罢。明帝时，人口日益增多，决溢的黄河、汴渠危害日益严重，中原百姓治河的呼声越来越高。
永平十二年（公元69年），明帝决意解决这个问题，此时，有人向他推荐了王景。王景是乐浪郡（今朝鲜平壤一带）人，博览群书，知识广博，对水利工程颇有研究。明帝询问治水的各种难题，王景分析利害，应对敏捷，明帝“善之”，赐给他《山海经》、《河渠书》、《禹贡图》等。
同年夏天，明帝征集数十万士卒、民夫，派王景治水。王景“乃商度地势，凿山阜，破砥碛，直截沟涧，防遏冲要，疏决壅积”，修筑了从荥阳到千乘海口1000多里的黄河大堤。这次治水非常成功，后人有“王景治河千年无患”之说，此后900多年，黄河没有改道，决溢次数也不多，积患已久的黄河问题得到彻底解决。
供应尚书台
汉明帝常夜巡尚书台，看见尚书郎药崧半夜吃糟糠充饥，没有被子，枕着桌子睡。刘庄龙心大恸，立即下诏：今后尚书台官员值夜，均由朝廷供应夜宵和早餐，并提供被褥枕头，以及女侍史两名听候调遣。[] [
文化
兴办教育，接收外国留学生
刘庄崇尚儒学，即位后亲自讲经，群儒云集，在洛阳圜桥门观看、听讲的人数，“盖亿万计”。[] 他还命令皇太子、诸侯王及大臣子弟功臣子弟，都要读经。
永平九年（公元66年），汉明帝又为外戚樊氏、郭氏、阴氏、马氏诸子弟在南宫创办学校，号称“四姓小侯学”。同时设立五经师（教授五经的学官），聘任高明的经师传道授业。于是，期门、羽林的守卫士兵全都通达孝经；就连匈奴单于也派遣自己的王子们来到东汉都城洛阳留学，这是史上第一批外邦留学生，[ 《后汉书》赞曰：“济济乎，洋洋乎，盛于永平矣！”[]
恢复冕服，定型汉服
秦始皇即位，废除冕服制度，郊祀之服皆穿戴袀玄。西汉沿用秦朝旧制，亦服用袀玄。直到东汉时期，汉显宗（汉明帝）即位后首次服用旒冕，恢复了冕旒制度；[33] 并为汉服修补定型，确立了汉服的最终完整体系。[]
刘庄亲自与东平王刘苍讨论，制定了祭祀天地和祖先的仪式，按等级建立了一套天子王侯百官的车服制度。周礼冕服制度即在永平二年（公元59年）恢复。[]
永平二年（公元59年），首次诏令有司参照《周官》、《礼记》、《尚书·皋陶篇》等古籍恢复冕旒制度，并作出定制：冕板皆广七寸，长一尺二寸，前圆后方，冕板顶部为玄黑色，冕板里部为朱绿色，前垂四寸，后垂三寸。天子系白玉珠为十二旒，以其绶的颜色作组缨。三公诸侯为七旒，青玉为珠；卿大夫为五旒，黑玉为珠。皆有前无后，各用其绶的颜色作组缨，旁垂黈纩。祭祀天地、宗庙、明堂时，则戴上冕旒。