漢初始元年(公元8年)底,王莽篡權稱帝,不久,建立“新”朝。因“新”朝統治腐敗,各地紛紛爆發農民起義。起義軍將領劉秀路過潁陽時,王霸聞訊前去拜謁,因談得投機,王霸就隨劉秀從軍。“新”朝地皇四年(公元23年),王莽派大軍圍困起義軍所在的昆陽城。為了解圍,王霸等十三騎勇闖敵營,最終突破重圍并搬來救兵,為昆陽之戰的勝利立下大功,在昆陽之戰中大傷元氣的新朝很快即被推翻。不久,起義軍內部斗爭激烈,勞苦功高的劉秀、王霸等將領被解除兵權,王霸一氣之下解甲歸故里。
后來,劉秀遇重用,被任命為司隸校尉。再次路過潁陽時,劉秀力邀王霸從軍,王霸就帶領幾十個同鄉隨劉秀前行。不久,劉秀被任命為大司馬,前往河北征戰。因前景兇多吉少,當初和王霸一起從軍的同鄉紛紛離去,唯有王霸始終跟隨劉秀。劉秀不禁感慨道:“潁川從我者皆逝,而子獨留。努力!疾風知勁草(成語“疾風知勁草”即源于此)。”后來,劉秀率大軍攻破邯鄲,王霸奮勇作戰,親手斬殺曾一度稱帝的王郎,獲得其印綬。因立下首功,王霸被封為王鄉侯。
建武元年(公元25年),劉秀稱帝建立漢朝(史稱東漢),年號建武。在大封功臣時,劉秀任命王霸為偏將軍,第二年,又改封為富波侯。建武五年春,王霸被任命為討虜將軍,先后在新安、函谷關等地屯田。曾率軍攻打滎陽、中牟等地的賊寇,并一舉蕩平。從而徹底消除了困擾當地多年的匪患,還百姓以安寧。
建武九年,王霸任上谷(今河北懷來縣東南)太守。因匈奴屢犯北部邊境,王霸率軍多次與敵作戰,使匈奴難以進入漢境。第二年,王霸在平城(今山西大同市)大敗盧芳的軍隊,威震匈奴。后來,匈奴和烏桓聯手在邊境襲擾。王霸率軍歷大小戰近百次,屢敗胡虜。
王霸在與匈奴、烏桓的長期作戰中,感受到了戰爭對雙方百姓造成的痛苦。于是,他數次向劉秀上書,大膽提出應與匈奴交好,和則兩利的主張。后來,其主張被采納。于是匈奴、烏桓與漢修好。從此,北疆多年無戰事。
漢明帝永平二年(公元59年),王霸因病去世。為表彰其功績,漢明帝劉莊令人圖畫為漢立下不朽功勛的名將時,把王霸列為“云臺二十八將”之一。作為一代名將,王霸之事在《后漢書·銚期王霸祭遵列傳》中有記載。