班固继续修撰光武帝一朝的史事，又撰成东汉功臣、平林、新市起义军和公孙述的事迹，共成列传、载记二十八篇，这样，光武帝一朝的记载大体齐备（即后世《东观汉记》的光武帝部分。《东观汉纪》是东汉皇朝的当代史，自明帝以后，章帝、安帝、桓帝、灵帝、献帝历朝都有续修，班固则是在它的创始时期作出了重要贡献，开了一个好头。）
班固到京师后，弟班超与母亲也随至洛阳，因家境贫寒，班超靠替官府抄写文书来维持生计。班固被汉明帝任命为郎官之后，官阶虽低，但与明帝见面的机会增多了，加以班固文才显露，逐渐得到汉明帝的宠爱。后来，明帝问及为救班固冒险上疏的班超，班固据实以告，明帝非常欣赏班超的勇气和辩才，觉得他未得任用实在可惜，便授班超为“兰台令史”。这期间，班固的职务虽低，却使班固得到较为安定的生活，更为重要的是，使他有条件接触并利用皇家丰富的藏书，这就为他日后完成《汉书》提供了重要条件。
班固在撰写光武一朝君臣事迹期间，显露出卓越的才华，得到汉明帝的赏识。汉明帝鉴于班固具有独力修撰汉史的宏愿，也希望通过班固进一步宣扬“汉德”，特下诏，让他继续完成所着史书。班固从私撰《汉书》到受诏修史，是一个重大转折，对于《汉书》的完成是一个有力的推动。从此，班固不仅有了比较稳定的生活，有皇家图书可资利用，而且有了明帝的这一旨意，使他着史的合法性得到确认，再也不用担惊受怕了。由于具备了这些条件，班固开始全身一地投撰史的事业之中，撰史进度大大加快。
东汉政权建立后，定都洛阳，至明帝时，疏浚护城河、修缮城墙，以重整皇宫。可是，关中上了年纪的士绅们仍怀恋西汉建都长安的热闹场面，认为东汉建都洛阳是错误的，希望朝廷迁回长安。班固认为洛阳更加适宜，不想迁都议论扰乱人心，于是作《两都赋》，盛赞东都洛阳规模建制之美，并从礼法的角度，歌颂光武帝迁都洛阳、中兴汉室的功绩，宣扬洛阳建都的适宜性，以驳斥关中人士不切时宜的议论，澄清人们的模糊认识。
永平十七年（74年），汉明帝召集班固、贾逵、郗萌等人到皇宫云龙门，讨论《史记·秦始皇本纪》中司马迁赞语有无不当之处，班固当庭指出一处错误，出宫后，班固为进一步说明自己对秦亡的认识，作史论《秦纪论》，揭示秦朝历史走向灭亡的必然性。
永平十八年（75年），汉明帝驾崩，其子刘炟即位，是为汉章帝。汉章帝对经学文章同样怀有很大兴趣，因此班固更加受到器重，常常被照进皇宫，与皇帝一起读书。章帝每次外出巡守，总让班固随行，献上诗词歌赋助兴。朝廷有大事，也让班固列席，参与公卿大臣的讨论。
班固虽然以知识渊博得到章帝重视，但念及父子两代才华横溢，却不能名显于世，自己年届四十，仍不得升迁，他想起东方朔、扬雄曾在文章中抱怨没能赶上苏秦、张仪的时代，便提笔写成《答宾戏》一文。文章以问答的形式，抒发了自己的苦闷和感慨，又从从正面反驳自己不该有的想法和抑郁，鼓励自己坚定志向，按照既定目标奋斗不息。全文构思巧妙，格调高雅，说理深刻诚恳。
章帝读到后，更加赞赏班固的才华，也醒悟到班固长久居下位不太合理，便提拔他为玄武司马。
班固又在司马相如《封禅》、扬雄《美新》的基础上，作《典引》，述叙汉德。在文中，班固系统性地评价了“两司马”（司马相如、司马迁），该文主要以四句为主，形成后来四六句的雏形。
建初四年（79年）十一月，杨终指出，当时由于经学流派的繁衍，解经歧异很大，影响经学的传播和发展，建议应该像西汉宣帝召集石渠阁会议那样，召集学者来讲论五经，裁定经义。
章帝采纳了这个建议，下诏诸儒大会白虎观，讲论五经异同，以促进儒家思想与谶纬神学紧密结合，会议历时一个多月才结束。班固以史官身份出席会议，并兼记录。会后他按章帝的旨意，将会议记录整理成《白虎通德论》（《白虎通义》）集当时经学之大成，使谶纬神学理论化、法典化。
汉章帝建初七年（82年），班固初步上完成了《汉书》的撰着，自永平元年（58年）开始，共计历时二十五年，实现了父子两代人的心愿。全书记述从汉高祖开始，到孝平王莽被杀，十二代帝王，二百三十年间的事迹，包括《春秋》考纪、表、志、传共一百篇。《汉书》颁出后，受到当朝重视，学者们争相诵读。但汉和帝永元四年（92年）班固去世时，《汉书》中的“八表”和《天文志》尚未完成，于是汉和帝刘肇命班固的妹妹班昭完成“八表”，而马续续写《天文志》。
班固修《汉书》，旷日持久，虽然得到了皇帝和部分士人的赏识，然而也不过是做了个兰台令史、校书郎、玄武司马之类的小官。因此，班固也在等待时机，以求建功立业。北单于派遣使者来朝纳贡，意欲和亲，章帝讯问众官。班固分析两汉时局，建议通使匈奴，以宣扬汉德（即《匈奴和亲议》）。
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