二月二十八日，桓玄攻至姑孰（今安徽当涂县），使其将冯该等攻江北历阳（今安徽和县），襄城太守司马休之据城固守。
桓玄军截断洞浦道路，乘敌不备，将停泊此处的豫州刺史司马尚之所领水军舰船焚烧殆尽。谯王司马尚之无奈，率水军步卒九千列阵于浦上，于桓玄军大战。另遣武都太守杨秋屯横江，以为支援。孰料杨秋见桓玄军势大，竟投降于桓玄。桓玄率军从背后杀出，司马尚之大军登时崩溃，司马尚之逃往涂中，玄捕获之。司马休之闻报，出历阳城前来助战，桓玄军乘得胜之威，将其杀得大败，只得弃城北逃。刘牢之素与骠骑大将军元显不善，恐桓玄既灭，元显益骄恣，又恐己功名愈盛，不为元显所容，且自恃勇武，拥北府强兵，天下已无人能敌，欲假玄手以除元显，复伺桓玄之隙而自取之，故不肯奋力讨玄，观望不前。
牢之军至溧洲（今安徽省和县长江中的小岛），参军刘裕请出兵击玄，牢之不许，道：“今贼兵方盛，不可力敌，当大众云集，方再进兵。”
刘裕道：“贼已据历阳，姑孰二城，对我已成南北夹击之势，我若困守此处，不数日粮草枯竭，为自取死耳。不若乘贼骄矜，奋力一击，当可破敌。”
刘牢之道：“德舆忠心可嘉，我自有区处。”终不从。
众将亦不明所以，皆静观其变。
桓玄见刘牢之军到，亦勒兵不出，暗使牢之族舅何穆去游说牢之道：“自古戴震主之威，挟不赏之功而能自全者，谁邪？越之文种，秦之白起，汉之韩信，皆事明主，为之尽力，功成之日，犹不免诛夷，况为凶愚者之用乎！君今日战胜则倾宗，战败则覆族，欲以此安归乎！不若幡然改图，则可以长保富贵矣。古人有管仲相齐，雍齿侯汉，况玄与君无宿昔之怨乎！惟君图之。”
时谯王司马尚之已败，人情愈恐，牢之颇纳何穆之言，连连点头，欲与桓玄交通讲和。
东海中尉何无忌，牢之外甥，闻之，与刘裕极谏道：“以顺讨逆，天下大义，将军不为，尽可回军江北，以观情势，奈何从贼？”
刘牢之动情道：“自献武公（谢玄谥号）创立北府以来，迄今已逾二十年矣，战无不胜，攻无不克，所向皆捷，敌望风披靡，幸赖众兄弟亲冒矢石，不避锋刃，才有今日。然功高不赏，自古如是。谢相（指谢安）在世，调和鼎鼐，内外晏然。及二谢继殁，元显秉政，中外交攻，皆因州镇势雄，中枢相疑，北府岂能置身事外？日久必为其所图。今我助玄入朝，他必感恩于我，我等可安居京口，静观情势。”
刘裕道：“裕闻一山不容二虎，玄既领西兵入朝，岂能容北府安睡榻侧？将军三思。”刘牢之不听。
其子骠骑从事中郎刘敬宣也来谏道：“今国家衰危，天下之重在大人与桓玄。桓玄藉其父、叔之资，据有全楚，割晋国三分之二，一朝纵之使据朝廷，玄威望既成，恐难图也，董卓之变，将在今日矣。”
牢之怒道：“我岂不知！玄虽胜谯王，但以我观之，今日取玄如反覆手耳。但平玄之后，令我奈骠骑何！不若借玄之手，先除元显，我再乘玄隙，取而代之，不亦宜乎？”
刘敬宣嘟囔道：“恐届时难遂大人之意。”
刘牢之道：“我今令你去玄处为质，若其有异图，可速报我。你可敢否？”
刘敬宣拱手道：“唯父亲大人之命是从。”
三月初一，刘牢之遣其子刘敬宣向桓玄请降。桓玄阴欲诛牢之，乃与敬宣宴饮，众将做陪，推杯换盏，好不热闹。宴饮已毕，桓玄陈列书画与刘敬宣等诸人共赏之，桓玄指着一幅画道：“此乃裴楷像，传神写照，正在阿堵(指眼睛)中，乃虎头（顾恺之别称）佳作，送我鉴赏。”
刘敬宣虽一武人，亦颇知书，仔细一看，不觉连连点头。桓玄又指左右两幅字画道：“此乃二王手书，世所罕见，为我得之，实为大幸。”
刘敬宣又点点头叹道：“笔走龙蛇，惊风泣雨，官奴（王献之别称）胜逸少一筹。”
桓玄微微一笑，道：“万寿（刘敬宣字）乃知书人也。”
桓玄又带他走到一幅草书前，上面并未署名，不知何人所做，问道：“此幅如何？”
刘敬宣仔细看了半日道：“此书如惊蛇入草，钻锋出匣，草狂逸而有度，正疏涩而犹惮。如浴鸟之畏人，惊波之泛岸，必为大家所书，正不知何人？”
桓玄哈哈大笑，道：“不才正是在下。”
刘敬宣慌忙一拱手道：“惭愧，惭愧，南郡公才兼文武，为国家之幸也。”
桓玄道：“即蒙抬爱，当以赠君，望乞笑纳。”
刘敬宣推辞了一下，便收下了。
正说话间，桓玄一回头看到苻宏正要用手去摸二王的字帖，大喝一声道：“辅国（苻宏任辅国将军）且住，你才食寒具（油饼），先须净手，才可观书。”
苻宏大窘，只得退出。
桓玄此举以安悦其意，敬宣不觉，桓玄佐吏莫不相视而笑。桓玄留敬宣在营，任为咨议参军。刘敬宣不觉桓玄有诈，将此间情形回报刘牢之，刘牢之心下乃安，让开水路，任由桓玄军直下建康，自己率军亦回师屯于京师城外。
司马元显在船上流连月余，日日醉酒酣歌，近日将发，忽手下来报桓玄军已至新亭（南京城外雨花台），元显惊问：“贼何来之速？刘牢之军何在？”
手下回禀道：“刘牢之已降贼矣。”
元显大惊，跌坐于床，自言自语道：“天亡我也。”
左右忙将其扶起弃船登岸，元显退屯国子学不敢出。
张法顺劝道：“事已至此，凭京畿之地，借天子威仪，奋力一战，庶几可胜。”
元显叹了口气道：“也只好如此了。”
三月初三，元显率军列阵于宣阳门外以待敌，忽见对面来一军，来至近前，才发现竟是刘牢之所属北府军。元显环顾左右，见其军士皆相顾失色，与张法顺道：“是何能敌？”
忽有军士来报，言桓玄已至朱雀桥，将要入城，元显大惊，欲引兵还保宫城。刘牢之参军张畅之率众逐之，拔刀在后大呼道：“放仗投降！”元显军人闻之皆崩溃，四散逃亡。
元显骑马逃入道子所居东府，唯张法顺一骑相随。元显急奔入内室，问计于道子，道子但对之涕泣道：“事已至此，唯看天命。”
桓玄命太傅从事中郎毛泰率兵入府，将元显、张法顺等人绑缚起来，送至新亭，另将司马道子圈禁在府。
毛泰，为东晋名将毛宝之孙，毛安之次子，本与司马道子父子相善。一次，毛泰请元显至家中赴宴，酒至半酣，元显欲离席而去，毛泰苦留不住，觉得脸上无光，戏言道：“将军欲去，请留其足。”元显大怒，振衣而起，不顾而去。至是二人产生嫌隙。（据今日学者考证韶山毛氏源出江西吉水，吉水毛氏源出浙江衢州，衢州毛氏之祖为毛宝。）
毛泰于路上对元显拳打脚踢，骂道：“今日尚有淫威乎？”元显不住讨饶。
及至新亭江边，桓玄高坐于楼船之上，毛泰将元显按倒在地，桓玄历数元显之罪道：“孝伯（王恭字）为帝元舅，勤于王事，匡扶朝廷，无罪有功，尔竟杀之，此一罪也。强征乐属，致孙恩乱起，东土涂炭，此二罪也。尔夜开宫门，秽乱禁中，江、车刚正，苦谏不从，逼令自裁，此三罪也。有此三罪，死且不冤。”
元显连忙叩头道：“此皆为王诞、张法顺所误耳，与臣下无干。”张法顺在旁啐了他一口道：“死且死矣，何必多言。自古成王败寇，功罪自有后人评说。”
三月初四，朝廷又复隆安年号，安帝遣侍中王谧到江北慰劳桓玄军队。桓玄率军昂首进入京师，令安帝下诏道："义旗云集，罪在元显。太傅已别有教，其解严息甲，以符义心。"。
朝廷以桓玄总领国政、都督中外诸军事、丞相、录尚书事、扬州牧、领徐、荆、江三州刺史，假黄钺。桓玄以桓伟为荆州刺史，桓谦为尚书左仆射，桓修为徐、兗二州刺史，桓石生为江州刺史，卞范之为丹阳尹。桓玄入朝主政，世家大族纷纷来投。
当初，侍中王谧（mi）奉诏劳军，桓玄亲礼之。及玄辅政，以王谧为中书令。王谧，名相王导之孙。刘裕年轻时在京口赌博，欠下刁逵巨债，王謐代其偿还，足见其识人之明。
新安太守殷仲文，少有才华，容貌俊美。殷仲堪之从弟，仲文妻为桓玄姊。桓玄起兵之时，殷仲文本为元显的征虏长史，元显疑其与桓玄私通，将其贬为新安太守。后殷仲文闻桓玄克复京师，遂弃郡守之职前来投奔桓玄，桓玄大喜，任其为咨议参军。
殷仲堪参军刘迈，为刘毅兄，曾与桓玄有隙，桓玄欲杀之，连夜从江陵逃到京师。此时也来拜见桓玄，桓玄瞟了他一眼道：“你不畏死，还敢来邪？”刘迈笑道：“管仲射钩，勃鞮（di）斩祛(qu)，英主气度，于今并迈为三。”桓玄闻言哈哈大笑，任其为参军。三月初五，有司奏会稽王司马道子酣歌纵酒，忤逆不孝，按律当弃市，安帝不忍，下诏将道子徙安成郡（今江西安福），后御史杜竹林奉桓玄之命将其毒杀，享年三十九岁。安帝闻之，在西堂为之哭丧三日。
然余人不免，朝廷下诏斩司马元显及司马彦璋等六子、谯王司马尚之、庾楷、张法顺、毛泰等于建康街市。元显在刑场之上，见到毛泰，不觉放声大笑，道：“本是同根生，相煎何太急。”毛泰一时无语。诸人同日被害。
何无忌时任东海国中尉，为东海王司马彦璋属臣，奔到法场，抚尸大哭，监斩官喝道：“来者何人，敢在此搅闹，当与叛贼同罪。”
何无忌随从忙劝他道：“将军快走，是非之地，不可久留。”
何无忌道：“王虽年幼，侍奉日浅，然分属君臣，不能救之，已然惭愧，就此拜别，以全忠义。”
京城士民闻之无不称许。
本来王诞也在被杀名单之上，桓修为其苦苦哀求桓玄道：“昔日元显欲尽诛京城桓氏，幸得王诞相劝，桓氏一族才得保全。今日丞相初秉大政，便杀恩人，于情不忍。”桓玄乃赦免王诞，将其流放岭南。
