义军众人推荐刘裕为盟主，总督徐州的事情，孟昶为长史，防守京口，檀凭之为司马，彭城招募来的人，由刘钟统领。随后，刘裕率领他的一千七百人，驻守在竹里，并向远近发布檄文，宣称益州刺史毛璩已经平定了荆楚，江州刺史郭昶之已奉迎皇上回到寻阳复位，而王元德已经据守石头，诸葛长民已经据守历阳。
桓玄移回上宫，召令百官全都居住在尚书省中，命扬州刺史桓谦为征讨都督，以殷仲文代替桓修为徐、兖二州刺史。
桓谦等人请求立刻派兵攻打刘裕，桓玄说：“他们的士兵士气正旺，已经下定决心死战，如果我们有意外的失误，那么，他们的气势就形成，我的大事就败了，不如驻守大军在覆舟山等待他们。他们行军二百里路，锐气已经受到挫折，忽然看见我们的大军，一定会十分惊慌。我们按兵不动，坚守阵地，不要和他们交战，他们想求战不成，自然会四处溃散，这才是上等的策略。”
桓谦等人还是坚持请求进攻，桓玄无法，只得派吴甫之等人率军相继从建康北往京口出发。
大军出发后，桓玄忧虑重重长吁短叹，有人问：“刘裕等人只是乌合之众，力量很小，肯定不会成功的，陛下何必过分担心呢！”
桓玄说：“刘裕此人真能算是一代雄才，刘毅的家中没有一点积蓄，而摴蒱的时候可以一掷百万，可见他为人豪爽而不在乎钱财，何无忌很像他的舅舅刘牢之，这些人都跟随他一起举事，怎么能说不会成功呢！”
当年，桓温讨伐前燕的时候，把失败的责任推给了部将袁真，袁真求告无门，于是占据寿阳投降前燕。桓温在率军讨伐寿阳时，袁真认为部将朱宪暗地里勾结桓温，就把他处死。朱序的弟弟朱绰逃走归降了桓温，他作战时经常非常勇猛，总是带头冲锋。
寿阳平定后，袁真已经去世，朱绰擅自打开了袁真的棺材，斩戮死尸，桓温知晓后很愤怒，要把他斩首，桓冲替他苦苦求情，朱绰才得以免死。朱绰为人忠义刚烈，因为受了桓冲的再生之恩，侍奉桓冲就和侍奉父亲一样，桓冲去世后，朱绰哭泣呕血而死。
刘裕攻下京口后，任命朱绰的儿子朱龄石为建武将军。刘裕的军队和吴甫之相遇于江乘，将要作战的时候，朱龄石告诉刘裕说：“朱龄石世代接受桓氏深厚的恩惠，不想和他刀兵相对，请求能跟在大军的后面。”刘裕赞许他的义气，同意了他的请求。
吴甫之本也是桓玄的一员猛将，他的士兵也非常勇猛，刘裕手持长刀，大声呼喊着向前冲去，敌人很快就吓得四处逃散，吴甫之被杀死，刘裕于是进兵到达罗落桥。
皇甫敷率领数千人迎战，刘裕越战越勇，皇甫敷的军队将刘裕包围了几重，刘裕倚在大树上挺身独战，皇甫敷说：“你想要怎么个死法？”挺起戈戟就要刺杀他，正在此时，刘裕的军队赶到，用箭射中了皇甫敷的额头，他跌倒下去，刘裕拿刀冲上前去。皇甫敷说：“你将来一定会大富大贵，我把子孙托付给你。”刘裕杀死了他，很宽厚地抚恤了他的孤儿。
桓玄听到自己的二员大将都战死了，非常害怕，急忙召来一些方士对刘裕施行巫术，又不停地问群臣：“朕要失败了吗？”
吏部郎曹靖之回答说：“人民怨恨，神灵发怒，臣实在担心。”
桓玄奇怪地问：“人民或许可能会怨恨，神灵为何会发怒呢？”
曹靖之回答说：“您把晋室的宗庙，先是迁到琅琊，后来又迁到寻阳，而我们楚国自己的祭祀，往上甚至连祖父都不祭祀，这就是神灵会发怒的原因。”
桓玄说：“那你当时为什么不进谏呢？”
曹靖之回答说：“您宠信的大臣们都认为现在是像尧舜一样的时代，臣怎么敢讲话呢？”
桓玄听后又急又气，之后派桓谦和何澹之屯守东陵，卞范之防守覆舟山的西边以待刘裕。
刘裕的军队连连取胜，士气高昂，部队行进到覆舟山的东面。刘裕派残弱的士兵登上山，手持旗帜作为疑阵，营造出一种士兵数量很多的假象。
桓玄派出的侦察部队回来报告说：“刘裕的军队漫山遍野，不知道有多少。”桓玄更加忧心忡忡，派庾赜之率领士兵补充支援各军。
桓谦的士兵大多都是北府军出身，本来就很害怕刘裕，没有什么斗志，刘裕和刘毅分为几支部队，进兵突击桓谦的阵地。
刘裕以身作则，奋勇当先，将士们也都拼命打仗，都是以一当百。当时东风正盛，于是他们顺利的以火攻击溃桓谦等各军。
桓玄虽然派军队抵抗刘裕，可是他自己却一直在想逃跑，暗中派殷仲文在石头城准备好了船只，桓谦战败的消息传来，桓玄马上率领几千名亲信，说是要往前线作战，其实带着他的儿子桓升等人离开了南门逃跑。
桓玄在逃跑的路上，碰到了从前的参军胡藩，拉着他的马缰绳劝谏说：“现在羽林军中还有八百名射手，都是曾受过桓氏恩义的旧人，西部的人历代接受桓氏家族的恩惠，现在不派他们前往一战，一旦放弃了，您想要到哪里去呢？”
桓玄不回答他的话，只是举起马鞭朝向青天，意思是天意亡我，然后打马而走，向西往石头城，和殷仲文等人渡江南走。
逃亡的路上，桓玄整天都没有吃东西，左右的人进奉粗劣的米饭，桓玄吃不下去，桓升抱着他的胸口抚慰他，桓玄悲不自胜。
刘裕率大军进入建康，王仲德抱着被桓玄杀害的王元德的儿子王方回出城迎接刘裕，刘裕在马上紧紧抱着王方回和王仲德相视流泪，随后追赠王元德为给事中。
刘裕停留在桓谦的旧营中，派刘钟镇守东府，然后在宣阳门外焚烧桓温的神主，建造晋朝新的神主，奉送到太庙，又安排众将去追赶桓玄。
安顿好这些后，刘裕派臧熹到宫里收拾图书、器物、封闭府库，其中有很多金饰和乐器，刘裕问臧熹：“你难道不想要这些财物吗？”臧熹严肃地说：“皇上被囚禁逼迫，流离失所，幸亏有将军您首先建立大义，效忠王室，我虽然不贤明，也实在没有心情来享受。”刘裕连忙笑着说：“我是和你开玩笑的。”
随后，王谧等人共同推举刘裕督领扬州，刘裕坚决推辞，几番权衡之后，任命王谧为扬州刺史，由刘裕都督八州诸军事兼徐州刺史，刘毅为青州刺史，何无忌等人皆有封赏。
