那时国家政事日渐败坏，皇帝的统治大权落到了外戚与宦官手中。张衡因此向皇帝呈上奏折，陈述这些事情说：“唯有陛下通达的智慧和美好的德行，受到人民敬仰，本应承受天意继承皇位，但中途遭到颠覆，帝王的美德一度被埋没了。今得以迅速升迁，登上至高无上的皇位，正如人们所说，将要登上崇高位置的人，必定是先要经历一番艰难困苦。亲身经历过艰难困苦的人才能知道百姓的疾苦，历经过很多的艰险难易的人才能明辨事物的真伪，所以能处理种种事务，什么问题都能解决，所有的事都能处理得很妥当，政绩显著，诸业兴盛。怪不得神灵赐给福禄，百姓给予荣誉。而今天下人事对立局面未得解决，灾祸不断发生，神灵虽然遥远，但暗地相合的儆戒就在眼前。仁政赐福，淫乱降祸，就像影子和声音一样随之而来。注重恩惠道德就会产生美好的结果，坚持过错就会带来祸患。通向天堂的道路虽然遥远，但吉祥和凶恶的事是可以看见的。近代的郑众、蔡伦、江京、樊丰、周广、王圣等人都可以效法。所以，恭敬俭朴、威严禁忌、必受到福气。奢侈荒淫，谄媚怠慢，很少不被杀戮的。记取以往的经验教训，可以作为以后的借鉴。情欲胜过天性，随欲而行，不知回首，难道只是不贤吗？中等才能的人都是如此。假若不是贤达，见有所得不考虑它是否符合道义，积累坏事而成罪过，其罪是不可原谅的。当初假使能瞻前顾后，做事谨慎周到，将前事当成镜子而引以为戒，则怎么能落入凶险灾难的境地呢？高贵宠幸的臣子，大家都敬仰，臣子有罪过，上上下下的人都知道。赞扬美好的事，非难丑恶的事，大家的想法都是一样的。怨恨之言充满四海，神明降其祸害邪僻。常年雨水不充足，反思有什么过失，正如《洪范》书中所说：‘国君行为有差错，则出现久旱不雨。’担心群臣穷奢极欲，昏庸地越过法典和礼教，从下面影响到上面，因此加速了灾祸的到来。前年，国都洛阳发生地震，山崩地裂，地震的强烈破坏，给震区人民造成严重的灾难。君以静治于前，臣以动治以后，威望出自君主，不趋于下级，是合乎礼治施行的政治。我内心很担心圣上对治理国家的事有懈怠情绪，制度、政令不是完全出于皇帝一人，不能下决心政专于己，让群臣与圣上具有同样的威望。君威不可分于他人，君德不能让别人共有，正如《洪范》中所说：‘臣下如擅专威福和美食，就有害于国家。’上天鉴察甚明，虽然离得很远也不遗漏。上天以灾异警示于人，前后已有数次了，但未看出有什么改变，所以灾祸反复出现。自然不是圣人，就不可能没有过失。希望陛下考虑，所以才考察古代率由旧章，不要使驾驭臣下的刑德八柄，不由天子。如果恩泽都由皇上施给下面，事事依据礼制，礼制完善了，奢侈越轨的行为就不会发生，事情合理相宜就没有凶患过失。然后神灵也因为天下治理恰当，而灾祸消除不会再有了。”
东汉开国之初，汉光武帝刘秀善于用图谶来预言治乱兴废、吉凶得失，到汉明帝、汉章帝，还是效法祖先。刘秀建立东汉，振兴汉朝之后，儒家学者都争先恐后学习宣扬神学迷信的图谶和纬书，并且还加附以迷惑人的妖言邪说。张衡认为图谶和纬书都是虚妄之言，不是圣人的说法，于是向皇帝上疏说：“我听说圣人明确审定阴阳历法以确定吉凶，重视用龟甲和蓍草占卦，同时也采用九宫（按：中央宫加上卦的八宫）的方法占卦，通过天象以验证人事间的吉凶之道，一直都是这样做的。有的是观察星辰运行合乎规律可不符合规律，来确定千万气候寒暖变化的原因，有的是根据龟甲和蓍草的占卦、策问情况而进行吉凶判断，女巫男觋装神弄鬼祈祷预言吉凶，他们这样做的根据，其道理是各不相同的。事先确定各种现象所预示对应的吉凶祸福，然后再以事实去证验，因为一些有知识的人推崇它，所以称之为谶书。谶书开始出现的时候，知道它的人很少，从汉朝代替秦朝，经过激烈的战争才建立汉朝，功成业就，可谓是件大事情，就是在这个时期，尚没有出现图谶之学。如西汉时期的经学家夏侯胜、眭弘等人，都以讲阴阳灾异等学术而闻名，在他们的著述中，没有一句讲谶书的事。西汉的经学家和目录学家刘向、刘歆父子，所领导校订的国家秘藏图书，查阅审定的所谓儒家、道家、阴阳家、法家、名家、墨家、纵横家、杂家、农家九家之学术著作，也没有谶说的记录。汉成帝和汉哀帝之后，才开始听到谶说之言。《尚书》记载上古帝王唐尧命令部落首领鲧治理洪水，鲧用了九年时间而绩业无成，被杀死在羽山，大禹奉首领虞舜之命继续治理江河、兴修水利，获得了成功。而《春秋谶》却说是由名叫共工的人治理的洪水。凡图谶之书都说黄帝讨伐蚩尤，而唯独《诗谶》一书认为是“蚩尤失败，然后是唐尧受命。《春秋元命包》中有公输般与墨翟（墨子）的故事，其事出自战国时期，并非是春秋时代的事情。该书又说“另外有个益州”，而益州的建置始于汉代。长安周围三辅地区的帝王坟墓，历代都可知道。至于谶书图中的内容终止于汉成帝时。同一卷书，几件事前后说法互相矛盾，圣人的言语势必不能象这样的。恐怕一定是一些弄虚作假的人要挟世人，以骗取资财。过去有位在宫廷任侍中之职的贾逵（字景伯，是天文学家和经学家），他曾摘录谶书中互相矛盾的事三十余件，那些宣扬图谶的人都不能解答。至于王莽篡夺汉朝的王位，给西汉造成莫大的祸患，八十卷所谓谶纬之书为什么没有预言而引起人们的戒备？由此可见，图谶纬书形成于西汉哀帝刘欣和平帝刘衍之际。而且《河图络书》的篇幅，著录已经固定，后人想加上谶纬之说，是不容许轻易改动的。东汉永元年间，清河郡的谶纬学者宋景根据历史记载推测，预言要发生水灾，并且虚妄地说，他很清楚地看见了伏羲氏传给大禹平治水土的玉简。有些人以至于放弃家产，逃往山上，以避水灾。后来都没有应验，于是又重新采取以往已发生过的事，用来作为验证。至于东汉顺帝刘保恢复帝位，谶纬家们也未能预先知道。所以，谶纬之说是欺骗世人、有害风俗的虚妄之言，以此来欺瞒皇上和达官贵族，事情的真假十分明显，不如将其揭露和禁止。何况律历、卦候、九宫、风角之卦占，常常能够得到应验。世人就是不肯学习，而且竟然认为是不可信的。就好象绘画家，实际存在的东西难以画得像，而虚假的东西可以随意乱画，别人不好讲究。应该把收藏的图谶之书，一概严令禁绝使用，才能使正邪不再有所混乱，各种典籍就无缺点和受到玷污了。”
张衡于阳嘉元年（132年）升任公车司马令侍中，皇帝召引他到自己所住的宫内任职，他在皇帝左右，常以含蓄的语言议论政事，并给予暗示和劝告。皇帝曾问张衡天下有什么憎恨厌恶的事情，宫中的太监们害怕所作的坏事被告发而毁掉自己，都用眼睛看着他，于是张衡未用真话对答而离开。宦官竖子们唯恐日后会有所祸患，索性都在皇帝身边说他的坏话。
张衡常常图谋自身安全之事，认为吉凶之间具有依赖转换关系，其结果难以预测。于是就撰著《思玄赋》，用以宣扬、寄托自己的感情和志向。
汉顺帝刘保永和初年，到诸侯国河间（今河北献县东南）作相。当时河间国王刘政态度骄横，各种设施超过出了与自己身分相应的规定，不遵守制度法令；又有很多豪强大族，也和河间王一样做出不合法度的事。张衡一到任，严明法律，整顿法度，暗中查明奸党的姓名，很快将这些人捉拿归案，于是从上到下的人都规规矩矩，没有人敢再做越轨的事，人们都称颂他对国家政事治理很好。任职三年，上书请求退休，未获允准，被征召授以尚书之职，协助皇帝管理文书等事。东汉永和四年（139年）逝世，终年六十二岁。
著有《周官训诂》，崔瑗认为与诸儒生不能有什么不同。张衡又想继孔子研究、解释《周易》所作的《彖》、《象》之书尚未完成的部分，遗憾的是最终未能完成。还著有诗、赋、铭、七言、《灵宪》、《应间》、《七辩》、《巡诰》、《悬图》等共三十二篇。
汉顺帝永初年中，谒者仆射刘珍、校书郎刘桃马余等在洛阳南宫东观从事著作，修撰《汉记》，据此制定汉代的礼仪制度，上书请求张衡参加研究其事，恰巧此时刘珍、刘桃马余二人相继逝世了，因而张衡常常因此叹息，想最终完成这件事情。他在做侍中期间，上疏请求允许他专门从事东观的修撰事业，收捡整理遗文，全力继续修撰《汉记》。又条陈司马迁、班固所记叙的与典籍不相符合的事有十多项。还认为王莽传中只应该记载他篡位的事就足已了，至于逐年逐月记录国家大事及灾祥，宜放在《元后本纪》中。又认为淮阳王刘玄即位，为大家所公认。刘玄于光武帝刘秀初年为将军，然后即皇帝位，所以应该以更始年号建于光武年号之初。多次上书，始终不被采纳。到了后人著述的时候，都不详备，对此人们感到很遗憾。
《后汉书》的作者范晔评论道：崔瑗称颂张衡说：“技术穷究天地，制作和自然造化相同。”他“数术”与“制作”的精巧细密难道能用语言表达出来的吗！推究张衡设计制作浑天仪和候风地动仪的巧夺天工的构思，似乎天地都无法包蕴他的灵秀之气；运用心思制作候风地动仪等机械，世界上任何人的智慧都不能与他相提并论，所以说他的思路深刻精微，是人的智慧在当时所能达到的最高水平。《礼记·乐记》上说：“德行先建立起来，而后技艺才能方能获得发展。”衡量张衡这种才智思虑，难道仅仅是“艺”吗？他的技艺精巧，对德行又有什么损害呢？
道教的兴起
从战国始，黄老之学便开始盛行起来，并逐渐分衍为几个流派。当时，申不害论学本于黄老而专主刑名，韩非也喜谈刑名法术之学，而归本于黄老。齐国邹衍则将黄老与阴阳五行结合起来，使阴阳五行成为道家的一个分支。在齐楚，神仙方技家则将黄老与养生之术结合起来，以致古代的医学、房中、神仙等祛病延年著作，多托于黄帝名下，这些在后来成了道教成立的重要渊源。
汉初，黄老之学成为占统治地位的政治思想，影响颇大。以上几股思潮也都相应地得到了发展。汉中期，武帝重用董仲舒提倡儒学，但仍充分利用了社会上流行的谶纬之学。汉武帝自己也非常相信神仙方术，当时有个名叫李少君的人，以祠灶、谷道、却老方见武帝，称炼丹的一系列程序是黄帝得以成仙的途径，武帝马上让人按此去办。如此上行下效，使整个社会对道术的信仰翕然成风。至汉成帝（前32—前7年）时，齐人甘忠可诈造《天官历包元太平经》十二卷，把君权神授的传统观念，与真人奉命传达“天意”给经书创造者的观念结合起来，即把天帝、真人、方士的构成体系融于经书之中，并让天帝之道教人的使者直接干预社会政治生活，企图借神仙之力替天传道。
到了东汉，黄老的地位越来越高，而奉黄老养性以求长生的风气遍及朝野。光武帝勤政不怠，太子刘庄劝他：“陛下你虽然有禹、汤的英明，但缺乏黄、老的修身养性之福。希望您爱好精神，优游自宁。”楚王英到了晚年也更喜黄老，并把黄老与浮屠置于一起祭祀。建初七年（82年），汉章帝刘曾赐秘书、列仙图、道术秘方予王苍，这表明在当时已出现了绘图成册的道术宣传品。
与此同时，民间也开始流传后来作为道教早期经典的《太平经》一书，顺帝在位时（125—144年），由琅邪人宫崇把它献给皇帝。它开初只是一个提纲式的文本，经过一些好道者的不断增饰，最后由于吉、宫崇等的编纂，逐步发展成一部内容庞杂、行文有差、卷帙浩繁的著作。该书继承《老子》关于“道生一，一生二，二生三、三生万物”的思想，阐述了其宇宙万物的生成理论。又针对汉代政治动乱、天下不平的现实，提出了一整套解决社会危机的“太平世道”理想。并且着重阐述了长生久寿的理论及具体实施的各种方术。又以天人感应等现象来解释所谓“天人一体”的思想，将神、仙、人置于一等级分明的世界体系之中。因而，其中既继承了道教哲学、阴阳五行学说、原始宗教、巫术及儒家伦理思想，也吸收了当时天文学、医药学、养生学等自然科学成果，以致奠定了以后道教发展的理论基础。以后，在《太平经》的感召下，形成了道教中的一支，即太平道。
也就在差不多同时，即顺帝年间，沛国丰县人张陵到蜀郡鹄鸣山学道，造道书，创五斗米道。这种道得具有主神崇拜特征的多神教，神谱中有大量天君神官，皆各有所治，各有所主，而又以“泰清玄元”、“太上老君”等为主神。这一派也以长生成仙为最高目标，其途径则是由神仙除去死籍，消灭三尸，不让魂魄远离人身，或节禁魂魄不弃人身。又常用禁咒符水和传统的中医方法来治病救人。其中，也有一些试图通过服仙药以求长生的迹象，诸如行气、导引、房中术等道术也得到阐述。为扩大这一教派的影响，张陵创立了24个教区，称24治，各治由祭酒主持，奉道者都编户入册，并要求教徒在一定的时间会集到治所，核实户籍，检查教徒们是否有违反禁忌、戒律的行为。会后教徒回家，还须向家人传达“科禁威仪”，共同遵守。