汉初始元年(公元8年)底,王莽篡权称帝,不久,建立“新”朝。因“新”朝统治腐败,各地纷纷爆发农民起义。起义军将领刘秀路过颍阳时,王霸闻讯前去拜谒,因谈得投机,王霸就随刘秀从军。“新”朝地皇四年(公元23年),王莽派大军围困起义军所在的昆阳城。为了解围,王霸等十三骑勇闯敌营,最终突破重围并搬来救兵,为昆阳之战的胜利立下大功,在昆阳之战中大伤元气的新朝很快即被推翻。不久,起义军内部斗争激烈,劳苦功高的刘秀、王霸等将领被解除兵权,王霸一气之下解甲归故里。
后来,刘秀遇重用,被任命为司隶校尉。再次路过颍阳时,刘秀力邀王霸从军,王霸就带领几十个同乡随刘秀前行。不久,刘秀被任命为大司马,前往河北征战。因前景凶多吉少,当初和王霸一起从军的同乡纷纷离去,唯有王霸始终跟随刘秀。刘秀不禁感慨道:“颍川从我者皆逝,而子独留。努力!疾风知劲草(成语“疾风知劲草”即源于此)。”后来,刘秀率大军攻破邯郸,王霸奋勇作战,亲手斩杀曾一度称帝的王郎,获得其印绶。因立下首功,王霸被封为王乡侯。
建武元年(公元25年),刘秀称帝建立汉朝(史称东汉),年号建武。在大封功臣时,刘秀任命王霸为偏将军,第二年,又改封为富波侯。建武五年春,王霸被任命为讨虏将军,先后在新安、函谷关等地屯田。曾率军攻打荥阳、中牟等地的贼寇,并一举荡平。从而彻底消除了困扰当地多年的匪患,还百姓以安宁。
建武九年,王霸任上谷(今河北怀来县东南)太守。因匈奴屡犯北部边境,王霸率军多次与敌作战,使匈奴难以进入汉境。第二年,王霸在平城(今山西大同市)大败卢芳的军队,威震匈奴。后来,匈奴和乌桓联手在边境袭扰。王霸率军历大小战近百次,屡败胡虏。
王霸在与匈奴、乌桓的长期作战中,感受到了战争对双方百姓造成的痛苦。于是,他数次向刘秀上书,大胆提出应与匈奴交好,和则两利的主张。后来,其主张被采纳。于是匈奴、乌桓与汉修好。从此,北疆多年无战事。
汉明帝永平二年(公元59年),王霸因病去世。为表彰其功绩,汉明帝刘庄令人图画为汉立下不朽功勋的名将时,把王霸列为“云台二十八将”之一。作为一代名将,王霸之事在《后汉书·铫期王霸祭遵列传》中有记载。