作战经过
元兴三年(404年)二月，刘裕随徐、兖二州刺史，安成王桓修入朝。桓玄以为用这种怀柔政策可以打消刘裕的不满情绪，但刘裕却暗中作了大量准备工作，加紧了起兵的步伐。
不久，刘裕以旧伤复发为由，与何无忌同船而回，密谋兴复晋室。于是刘裕与其弟刘道规、何无忌、沛郡人刘毅、平昌人孟昶、任城人魏咏之、高平人檀凭之、琅邪人诸葛长民、太原人王元德、陇西人辛扈兴、东莞人童厚之等共同谋划起兵。时桓修弟桓弘为征虏将军、青州刺史，镇守广陵，刘道规为桓弘中兵参军，孟昶为主簿。
刘裕暗中派刘毅至江北，起兵后与二人共杀桓弘;诸葛长民为豫州刺史刁逵左军府参军，刘裕令其杀刁逵，占据历阳;王元德、辛扈兴和童厚之则在京城活动，以为内应。是月，刘裕以游猎为由，与何无忌等人相聚，共有百余人。第二天清晨，京口(今江苏镇江)城开，刘裕与何无忌等袭杀桓修。
刘毅与孟昶等人于广陵(今江苏扬州市)攻杀桓弘。刘裕被推为盟主。传檄文于京城：“夫治乱相因，理不常泰，狡焉肆虐，或值圣明。自我大晋，阳九屡构。隆安以来，难结皇室。忠臣碎于虎口，贞良弊于豺狼。逆臣桓玄，陵虐人鬼，阻兵荆郢，肆暴都邑。天未亡难，凶力繁兴，逾年之间，遂倾皇祚。主上播越，流幸非所;神器沉沦，七庙毁坠。夏后之罹浞、豷，有汉之遭莽、卓，方之于玄，未足为喻。自玄篡逆，于今历年，亢旱弥时，民无生气。
辅国将军刘毅、广武将军何无忌、镇北主簿孟昶、兖州主簿魏咏之、宁远将军刘道规、龙骧将军刘籓、振威将军檀凭之等，忠烈断金，精贯白日，荷戈奋袂，志在毕命。益州刺史毛璩，万里齐契，扫定荆楚。江州刺史郭昶之，奉迎主上，宫于寻阳。镇北参军王元德等，并率部曲，保据石头。扬武将军诸葛长民，收集义士，已据历阳。征虏参军庾赜之等，潜相连结，以为内应。同力协规，所在蜂起，即日斩伪徐州刺史安城王修、青州刺史弘首。
刘裕以孟昶镇守京口，自率部众1700余人，进驻竹里(今江苏句容北)。刘裕部初克建康时，桓修司马刁弘率文武佐吏前来救援。刁弘被刘裕唬住，只好收众而退。不久刘毅率部众赶到，刘裕急命他杀了刁弘。刘毅的兄弟刘迈原来也在建康。刘裕起兵讨桓玄后，曾派遣同谋周安穆前去通报刘迈，要他为内应。刘迈为人胆小怕事，他表面敷衍周安穆，内心却不敢应允。周安穆看破了他的心事，心中懊悔，害怕事情会因此泄露，于是急忙赶回报告刘裕。这时，桓玄任命刘迈为竟陵太守。刘迈不知如何是好，准备船只走马赴任。
刘迈阅信后惊恐万分，以为桓玄已经知道刘裕的阴谋了。第二天一早就把事情全盘托出。桓玄大惊，封刘迈为重安侯，既而一想，刘迈不抓住周安穆，使周安穆得以逃出，于是又把刘迈给杀死。桓玄以扬州刺史桓谦为征讨大都督(参见覆舟山之战)。桓谦等主张迎击刘裕，桓玄则认为：“不然。彼兵速锐，计出万死。若行遣水军，不足相抗;如有蹉跌，则彼气成而吾事败矣!不如屯大众于覆舟山以待之。彼空行二百里，无所措手，锐气已挫，既至，忽见大军，必惊惧骇愕。我案兵坚阵，勿与交锋。彼求战不得，自然散走。此计之上也”(《宋书·武帝本纪》)。桓谦力争出击，桓玄乃遣顿丘太守吴甫之、右卫将军皇甫敷相继自建康北攻京口。桓玄自闻刘裕起兵，甚为忧惧，有人劝慰他说：“刘裕等众力甚弱，岂办之有成，陛下何虑之甚!”桓玄说：“刘裕足为一世之雄，刘毅家无担石之储，摴蒲一掷百万;何无忌，刘牢之甥，酷似其舅。共举大事，何谓无成”(《宋书·武帝本纪》)。
三月，刘裕与吴甫之在江乘(今江苏句容北)遭遇。吴甫之是桓玄骁将，其兵甚锐。刘裕手执长刀，大呼而冲，所向披靡，斩吴甫之。刘裕追至罗落桥(今南京东北)。皇甫敷率数千人迎战刘裕，宁远将军檀凭之与刘裕各率一部，檀凭之战死，其众溃退。而刘裕则进战弥厉，奋勇无比，斩皇甫敷。桓玄闻二将战死，大惧，再遣桓谦及游击将军何澹之屯兵东陵(覆舟山东北)，侍中、后将军卞范之驻军覆舟山以西，合计兵力二万人。刘裕令部队饱食后，弃余粮，轻装进至覆舟山以东，派老弱登山，张旗帜为疑兵，迷惑桓玄。桓玄急调武卫将军庾赜之率精兵出援各军。醒谦的士兵多为北府人，素畏伏刘裕，所以莫有斗志。刘裕与刘毅等将军队分为数队，突击桓谦军。刘裕身先士卒，将士无不死战，以一当百。时值东北风急，刘裕借风纵火，“鼓噪之音震京邑”(《宋书·武帝本纪》)，桓谦大败。桓玄已无意再战，率其子侄乘船沿江南下。刘裕率军进入建康(今南京)，并遣诸将追击桓玄。刘裕入建康后，屯石头城，立留台官，焚桓温神主于宣阳门外，重立晋新主在太庙中，以示自己是东晋的救世主。并诛杀桓氏宗族。桓玄司徒王谧与众人推刘裕领扬州，刘裕心不在此，辞不肯受。乃以王谧为侍中、领司徒、扬州刺史、录尚书事;王谧推裕为使持节、都督扬、徐、兖、豫、青、冀、幽、并八州诸军事、徐州刺史;刘毅为青州刺史;何无忌为琅邪内史;孟昶为丹阳尹;刘道规为义昌太守。刘裕一下重兵在握，这才答应下来。桓玄当权时，接下来的是晋朝廷留下来的烂摊子，史称当时“百司纵弛，桓玄虽欲厘整，而众莫从之”(《宋书·武帝本纪》)。到刘裕时却截然不同，由于是众望听归，他“先以威禁内外，百官皆肃然奉职，二三日间，风俗顿改”(《宋书·武帝本纪》)。在刘裕主持下，朝廷内外确实有振兴气象。