桓玄字敬道，又名灵宝，是大司马桓温的庶子。他的母亲马氏曾经与同辈人夜坐，在月光下看见一颗流星坠落进铜盆的水中，突然又像二寸大小的火珠，晶莹明亮，于是便争着上前去用瓢舀起，马氏捞着了并吞进肚中，像是有感应，不久便怀孕了。等到生产桓玄时，室中有光芒照射，占卜的人认为他是奇人，所以便取名叫灵宝。他的奶妈每次把他抱到桓温面前，常常要替换相抱才能到达。奶妈说他的重量有一般儿童的两倍。桓温非常器重他、爱护他。临终时，任命他为继承人，袭领南郡公的爵位。
桓玄七岁时，服桓温丧已终，府中文武臣僚向他叔父告辞，叔父桓冲抚摸着桓玄的头说：“都是你家从前的长吏。”桓玄因此泪流满面，大家见了很惊奇。等他长大成人，形貌瑰奇，风神疏朗，博通各种技艺，善于作文。经常自负其才，以英雄豪杰自居。众人都敬畏他，朝廷也因为疑忌而没用他。二十三岁时，才拜为太子洗马，当时朝中有人议论桓温曾有叛逆之心，因此朝廷又贬抑桓玄兄弟只做一般的官。
太元末年(396)，桓玄出京都补任义兴太守的空缺，心中颇郁郁不得志。曾经登高遥望震泽，叹息说：“父作九州伯，儿做五湖长。”于是便弃官回到封国。他以为自己是元勋门第，不应该在世间受到诽谤，于是便上疏说：
“我听说周公是大圣，可是天下到处都有关于他的流言。乐毅辅佐燕国有功，却被骑劫诋毁，因此，《诗·小雅·巷伯》中才有‘取彼谮人，投畀豺虎’的慨叹，苏公也才会感叹飘风之刺。厌恶刚烈，丑化正直，哪一代没有这类人呢？先父蒙受主上的殊恩，并和皇室联姻，常念以身报国，寻找机会捐躯赴难。西方平定巴蜀，北边肃清伊洛，使窃号伪称的逆臣被捕而献于北阙，并使皇帝园陵得以修复，以雪国家大耻，饮马灞氵产之滨，在赵魏之地插上朝廷的旗帜，保国勤王，屡建功勋。太和末年(370)，皇权有被篡转移的危难，这才顺天应人，暂时主持朝政，是非已经弄清，凶贼全部铲除。假使没有这个功绩，铲除顽凶之事不成，那么，今天的宗庙社稷又从何谈起呢？从前，商朝太甲虽然迷惑，但伊尹辅政，使商朝基业得以保存；昌邑王刘贺虽然淫乱，可并未危及汉室的稳固。就此而论，晋室的危机比商、汉更严重，而先父的功绩远远超过伊尹、霍光。可是，先父以往负国家重任而在清平之世蒙受诽谤。听说圣世明君奖惩分明，升降有道，却没有听说过圣世明君会忽视赫赫大功，甚至伤害安眠于九泉之下的功臣亡灵，而给诽谤之人开道，让奸邪小人得意一时。先父勤王护国的艰劳，匡复攻战的功勋，朝廷如果真的遗忘了，我也不会计较什么。只是请主上略微想想，先帝登至尊之位，陛下又在南面继位，此局面是从何而来，又是谁的功德？我桓姓一门岂只使晋室永安、永久享国？对朝廷和陛下一家来说，实在是立有奇功。
“近来权门势力日增，弊政越来越多。都宣称符合上面的旨意，互相煽动纠合，以为我和我的兄弟都是晋朝的罪人，这样，我们还有什么理由可以苟活在世上呢？又有什么脸面可以尸位素餐、白白地享用俸禄呢？若陛下忘记我们先人的大造之功，相信小人的无端邪说，我们就只有奉还各项封赐，受戮市朝，然后追随先父于黄泉，到玄宫归附先帝这一条路可走了。若陛下还遵守先帝的遗旨，追念先父的旧勋，那么，我们就恳请圣上对我们兄弟稍加垂怜关护。”
奏疏呈报上去，一直没有批复。
桓玄在荆楚多年，优游无事，荆州刺史殷仲堪很敬畏他。等中书令王国宝掌权时，谋求削弱地方政权势力，使得朝廷内外骚动，桓玄知道王恭有忧国之心，私下里便也有意于建立功业，便劝说殷仲堪说：“王国宝与各位素来是对头，他所担心的恐怕只是不能快速加害各位。如今，他大权在握，同王绪互为表里，他所要升迁撤换何人，没有不如愿的。王恭处于国舅的地位，正为朝野所器重，王国宝必定不便先动他，最可能的就是拿您开刀。你是先帝所提拔的，超拔为一方之长，在世人的心目中，总以为不甚妥当，都说您虽有思想智慧，但不是镇守一方的合适人选。如果朝廷发诏书征召您作中书令，而派殷岂页做荆州刺史，您又将怎么办呢？”殷仲堪说：“我已忧虑很久了，您说对此该如何对待？”桓玄说：“王国宝奸诈凶顽，天下共知。王恭痛恨厌恶他的感情日日累积，步步加深，根据今天的情势推论，可能已超过任何人。您若秘密派遣一人，写信去劝说联合王恭，让他调动晋阳大军，来匡扶朝廷，而您则亲自率领荆州军队顺流而下，推举王恭为盟主，我们大家也都将奋发而起，没有人不响应的。这事如果成功，便如同当初齐桓公、晋文公开创的功业一样伟大。”殷仲堪犹豫不决。不久，王恭的信便到了，招会殷仲堪和桓玄一同匡扶朝廷。王国宝死后，讨伐之兵也就罢了。桓玄请求作广州刺史，会稽王司马道子也害怕他，不想让他留在荆楚，所以顺合了他的心愿。
隆安初年(397)，朝廷下诏任命桓玄督辖广、交二州，并任建威将军、平越中郎将、广州刺史、假节，桓玄受命之后未动身前往。当年，王恭又与庾楷起兵讨伐江州刺史王愉和谯王司马尚之兄弟。桓玄、殷仲堪以为王恭此战必胜，一时便起兵响应。殷仲堪分五千人给桓玄，与杨亻全期一起同为先锋。到达湓口，王愉便奔逃到临川，桓玄派偏将捕俘了他。桓玄、杨亻全期到达石头城，殷仲堪到了芜湖。王恭的部将刘牢之背叛王恭归顺了朝廷。王恭死后，庾楷战败了，也投奔了桓玄的军队。不久，朝廷下诏，任命桓玄为江州刺史，殷仲堪等人都被撤换改任他处。于是便各自掉转船头，向西驻军在当阳，互相结约，共推桓玄为盟主。桓玄刚一得志，就联名上疏为王恭申诉，请求诛杀司马尚之和刘牢之等人。朝廷也畏惧桓玄，便免掉了桓修，并让殷仲堪复职来相和解。
起初，桓玄在荆州豪纵一方，士庶害怕他，超过了害怕州牧。殷仲堪的亲朋党羽劝殷仲堪杀了他，殷仲堪没有听从。等回到当阳，桓玄凭着自己的声望，所以被推为盟主，于是也就愈发骄纵矜持。杨亻全期为人骄悍，常常自以为是豪门之后，江东无人可比，可桓玄每每把他放到寒士一类去品鉴，因此杨亻全期很遗憾，就想在祭坛附近袭击桓玄。殷仲堪讨厌杨亻全期兄弟的骁勇，担心他们打败了桓玄之后危害自己，便苦苦劝阻杨亻全期。于是便各自奉诏令退还镇守地。桓玄也知道杨亻全期有异心，暗生吞并杨亻全期的计划，于是便驻军夏口。
隆安年间(397～401)，朝廷诏令桓玄都督荆州四郡，让其兄桓伟做辅国将军、南蛮校尉。殷仲堪忧虑桓玄骄横跋扈，于是便与杨亻全期结为婚姻，互相为援。起初，桓玄和殷仲堪、杨亻全期有矛盾，经常担心受到突然袭击，便请求朝廷扩大自己的辖区。朝廷也想加剧他们的矛盾，所以把杨亻全期辖治的四郡分给桓玄，杨亻全期非常气愤。正好碰上姚兴侵扰洛阳，杨亻全期便打起旗号，声明援助洛阳，暗地里却与殷仲堪联兵，袭击桓玄。殷仲堪虽表面上与杨亻全期联合，但内心却充满疑惑，于是，便拒绝联兵，并且还考虑到不能阻止杨亻全期。杨亻全期既不能单独成事，又不知殷仲堪的本意，于是罢兵。南蛮校尉杨广，是杨亻全期的兄长，他想抵抗桓伟，殷仲堪不许，却让杨广出任宜都建、平二郡太守，并加封征虏将军。杨亻全期的弟弟杨孜敬起先做江夏相，桓玄派兵袭击之后征召他。到了军营之后，任命杨孜敬做谘议参军。桓玄于是兴兵西征，也声言救援洛阳，并写信给殷仲堪说：杨亻全期蒙受国恩，却抛弃卫护祖陵的责任，应该共同去诛讨惩罚。如今自己亲率大军，直逼金墉，让殷仲堪收捕杨广，如果不这样作，便无法互相信任。殷仲堪本想求得两全，收到桓玄的信后，料知势在难免，便说：“请你从沔水行军，不能有一人经过我所驻扎的江段。”桓玄无计可图，便息兵了。
后来荆州发生大水灾，殷仲堪开仓赈济饥民，使得府库空虚。桓玄乘虚讨伐他，首先派兵袭击巴陵。梁州刺史郭铨正要赴任，路经夏口，桓玄声言朝廷派郭铨做自己的先锋，便将江夏军队授权交他指挥，派他督促各军齐头并进，同时报密信给他兄长桓伟，让他做内应。桓伟惶惶不知所措，便将信亲自送给殷仲堪看。殷仲堪便逮捕桓伟，让他作为人质，并命他写信给桓玄，信中言语甚是凄苦。桓玄说：“殷仲堪为人不能专断果决，常常为成败反复计议，又为他儿子考虑，我的兄长必定会没有危险。”
桓玄大军进到巴陵，殷仲堪派部队来抵抗，被桓玄打败。桓玄又前进到杨口，又打败了殷仲堪的弟弟殷道护，再乘胜攻到零口，距离江陵只有二十里，殷仲堪派出数支军队来抵抗，杨亻全期从襄阳赴援，同他兄长杨广一道进击桓玄，桓玄畏惧他们的锐势，退军到马头。杨亻全期等追击桓玄苦战，被桓玄打败，逃回襄阳，殷仲堪逃到赞阝城，桓玄派将军冯该追击杨亻全期，捕捉了他。杨广也被人绑缚，送交桓玄，同杨亻全期一起被杀了。殷仲堪听说杨亻全期已死，便带领数百人投奔姚兴处，到达冠军城时，却被冯该捕获，桓玄命令斩杀他。
从此，桓玄便平定了荆、雍二州，于是就上表朝廷，请求担任江、荆二州刺史。朝廷则下诏让桓玄为都督，荆、司、雍、秦、梁、益、宁七州都督后将军、荆州刺史、假节，封桓修为江州刺史。桓玄上疏，执意争做江州刺史，于是又增加为八州，外加扬州、豫州八郡，又领江州刺史。桓玄又奏请命桓伟为冠军将军、雍州刺史。当时贼寇未平，朝廷难违他的意志，便答应下来。桓玄从此便培养心腹，兵马日盛，屡次上疏请求讨伐孙恩，朝廷降诏不许。后来，孙恩威逼京都，桓玄乘机竖起将旗，召集部众，对外托口勤王，实际上却是妄图乘机进军京师，所以又上书请求讨伐孙恩。碰上孙恩已逃走，桓玄又只得奉诏解散集结的大军。他又派桓伟做江州刺史，镇守夏口；司马刁畅为辅国将军，督辖八郡，镇守襄阳；派遣桓振、皇甫敷、冯该等人防守湓口。把沮漳两地二千户蛮民迁徙到江南，并设立武宁郡，又召集流亡的百姓，设立绥安郡，同时设置了各郡的郡丞。朝廷诏令征调广州刺史刁逵、豫章太守郭昶之，桓玄都强留而不派遣。认为天下三分，自己拥有二分，料想也是天运所致，所以屡次上报吉祥物来显示自己的瑞兆。
起初，庾楷投归到桓玄处，桓玄讨伐孙恩时，派他做右将军。桓玄罢兵之后，庾楷也解除了任职。庾楷以为桓玄正在与朝廷结怨，恐怕事情不成功，必将株连自己，于是，便暗中与后将军司马元显联络，答应做为司马元显的内应。元兴初年(402)，司马元显自称奉诏讨伐桓玄，桓玄从弟桓石生当时正做太傅长史，便秘密报告桓玄。桓玄原本以为扬州遍地饥荒，加之孙恩未被消灭，朝廷一定没有精力讨伐自己，自己可以乘机积蓄力量，聚集人众，静观时变。一听说司马元显将讨伐自己，非常担忧恐惧，只想保住江陵。长史卞范之劝桓玄说：“主公英明威猛扬名天下，而司马元显口中乳臭未干，刘牢之又没有威望，如果我们大军逼近京都，并示以威赏，那么，京都土崩瓦解之势可翘首立待，哪里有让敌人深入境内自取削弱的道理呢？”桓玄大喜，便派兄长桓伟镇守江陵，上表严辞指斥司马元显，自己亲率大军，沿江而下，直到当阳，转交檄文，历诉司马元显罪状。檄文传到京师，司马元显恐惧异常，亲自下到战船而不令进军。桓玄既失人心，又是兴师犯上，担忧部众不会为他效力，便不时有回师撤军的想法。已过当阳，仍不见王师，桓玄和部众顿时军心大振。庾楷阴谋败露，被收捕。到姑孰，桓玄派部将冯该、苻宏、皇甫敷、索元等先行进攻谯王司马尚之，司马尚之军败。刘牢之派遣他的儿子刘敬宣投降归附桓玄。
桓玄到新亭，司马元显不攻自溃。桓玄进入京师，假传诏命说：“天下义旗云集，罪在司马元显。太傅另有惩处，立即解除戒严，停止战火，以此宽慰天下义心。”又假传诏命，加封自己为总百揆，侍中、都督中外诸军事、丞相、录尚书事、扬州牧，领徐州刺史，又加赐假黄钺、羽葆鼓吹、班剑二十人，置左右长史、司马、从事中郎四人，带着二百人的仪仗队上朝。桓玄列表上举太傅司马道子和司马元显的罪恶，然后把司马道子放逐到安成郡，在大街上杀了司马元显。于是，桓玄入居太傅府，杀害了太傅中郎毛泰、毛泰的弟弟游击将军毛邃、太傅参军荀逊、前豫州刺史庾楷父子、吏部郎袁遵、谯王司马尚之等，并把司马尚之的弟弟丹杨尹司马恢之、广晋伯司马允之、骠骑长史王诞、太傅主簿毛遁等流放到交州、广州各郡，不久，在路上追杀了司马恢之和司马允之。让兄长桓伟做安西将军、荆州刺史、领南蛮校尉，堂兄桓谦为左仆射、加中军将军、领选，堂兄桓修为右将军、徐兖二州刺史，长史卞范之为建武将军、丹杨尹，王谧为中书令、领军将军。大赦天下，改元为大亨。桓玄让出丞相一职，自封为太尉、领平西将军、豫州刺史。又加赐兖冕之服，绿绶带，增加班剑为六十人，佩剑穿履上殿，入朝不行拜见之礼，奏请时也不必申报姓名。
桓玄准备出居姑孰，向众人征询意见，王谧对答说：“《公羊传》上说，周公为什么不到鲁国？是因为要维护周朝的统一。希望您也能以国家太平为本，以周公的心愿为心愿。”桓玄赞赏他的对答，却不能接受。于是便在姑孰大筑城府，楼台山池莫不壮丽，完工以后，便出镇居守在那里。到了姑孰，坚意辞去录尚书事，诏令准许，但大政方针都还征询他的意见，小政则让桓谦、卞范之定夺。
自从祸乱屡兴，干戈不停，百姓渴盼太平，天下思归一统。当桓玄初到京师时，罢黜庸凡小人，提拔贤俊豪杰，君子之道初成规模，京师上下群情振奋。后来却凌侮朝廷，私自撤换放逐国家重臣，豪奢纵欲，役使百姓，于是朝野失望，人不安业。当时会稽饥荒，桓玄下令救济。百姓流散在江湖以采木吕充饥，内史王愉召令他们全部回乡。请求发米，米却不多，官吏又不及时发放，饥民饿死道路的十有八九。桓玄又杀害吴兴太守高素、辅国将军竺谦之，以及竺谦之的堂兄高平相竺郎之、辅国将军刘袭以及刘袭的弟弟彭城内史刘季武、冠军将军孙无终等，这些人都是刘牢之的同党，北府军的旧将。刘袭的兄长冀州刺史刘轨及宁朔将军高雅之、刘牢之的儿子刘敬宣，同时投奔慕容德。桓玄暗示朝廷以平伏司马元显的功劳，封自己为豫章公，食安成郡方圆二百二十五里的土地，封邑七千五百户；因为平定殷仲堪、杨亻全期的功劳，又封为桂阳郡公，食土地方圆七十五里，封邑二千五百户，原来的封地南郡不动。桓玄把豫章公改封给儿子桓升，把桂阳郡公赐给兄长的儿子桓..，降为西道县公。朝中又发诏为桓温避讳，有姓名与桓温相同的，一律改掉，赐他母亲为豫章公太夫人。
元兴二年(403)，桓玄假意上表请求平伏姚兴，又暗示朝廷下诏，不许。桓玄原本缺乏资质能力，却好说大话，既办不了这大事，却说朝廷不允许。开始想作作北伐的样子，没有什么好安排，便让先作轻舟，满载衣服玩好，以及书画等物。有人劝止他，桓玄说：“书画玩好本来就应该经常带在身边，再说，兵荒马乱，一旦稍有不测，便可轻便易运。”众人都笑他。
这年(404)，桓玄的兄长桓伟死，朝廷赐号开府、骠骑将军等职，并让桓修代替桓伟。从事中郎曹靖之劝谏桓玄说，桓修兄弟职居朝廷内外，恐怕权倾天下，桓玄接纳了这个意见，便让南郡相桓石康为西中郎将、荆州刺史。桓伟之丧因公而除，桓玄便开始作乐。开始奏乐时，桓玄抚节恸哭，一会儿之后便尽情欢乐。桓玄所亲近和依仗的只有桓伟，桓伟一死，桓玄便陷入了孤危之境。可不臣的篡权野心已经暴露，自知怨满天下，便想尽快造成篡逆的现实，而殷仲文、卞范之之辈又共同催促他，于是先从改授群司开始。解除琅王牙王司徒之职，迁太宰，加殊礼，以桓谦为侍中、卫将军、开府、录尚书事，王谧为散骑常侍、中书监、领司徒，桓胤为中书令，加封桓修为散骑常侍、抚军大将军。置学官，教授二品子弟数百人。又假传诏命加封自己为相国、总百揆，封南郡、南平、宜都、天门、零陵、营阳、桂阳、衡阳、义阳、建平十郡为楚王，先前扬州牧领平西将军、豫州刺史如故，加九锡大礼，楚国设置百官，丞相以下，全遵旧典。又暗示天子亲自驾临前殿去策授。桓玄屡次辞让，天子诏令百官劝请，桓玄又说：“只有天子亲降车辇才受命。”假传诏命赐父亲桓温为楚王，南康公主为楚王后。让平西长史刘瑾为尚书，刁逵为中领军，王嘏为太常，殷叔文为左卫，皇甫敷为右卫，众官总共六十余人，为楚王属官。桓玄解去平西将军、豫州刺史二职，把平西将军的文武官员充配给相国府。
新野人庾仄听说桓玄接受了九锡之礼，便带领义兵在襄阳袭击冯该，并赶走了冯该。庾仄有士卒七千，在城南设祭坛，祭祖宗七庙。南蛮参军庚彬，安西参军杨道护、江安令邓襄子谋划联盟作为内应。庾仄本来是殷仲堪的同党，桓伟刚死，而桓石康又未到，所以乘机发难，一时间江陵震动。桓济的儿子在罗县起兵，自号平南将军、汀州刺史，以讨伐庾仄为名。南蛮校尉羊僧寿与桓石康共同进攻襄阳。庾仄之众逃散，投奔了姚兴，庾彬等人都遇害，长沙相陶延寿看到桓亮乘乱起兵，派人制伏了他。桓玄将桓亮远遣到衡阳，杀了同谋桓奥等人。
桓玄假意上表请求归藩国，然后又自己下诏书挽留自己，派“使者”宣读“圣旨”，桓玄又上表执意请求，同时暗示天子亲手作诏书坚决挽留他。桓玄喜欢上呈伪辞，亵渎了简牍，都类似这些。他以为朝代更替之际应该有吉兆出现，密令所在地方官上奏临平湖突然变得清澈明朗，命众官集贺。假传圣诏说：“灵瑞之事我是不敢接受的，这的确是相国至上贤明，所以才有此应验。太平盛世，从此开始；四方同庆，其喜无穷。”又诈言江州地方甘露降在王成基家的竹上。桓玄认为历代都有隐士，可偏偏此世独无，便征皇甫谧六世孙皇甫希之为著作郎，并供给其资用，但全都让他辞让而不接受，号称高士，时人叫做“充隐”。议论恢复肉刑，杜绝商贾，反复改革，改来改去，没有定规，但条制森严，危害国家正常的政纪法规。桓玄生性贪鄙，爱好奇珍异物，珠宝美玉从不离手。时人若有大家手笔好书好画以及佳园美宅，都想归于自己。如果难以威逼夺得，便以游戏赌博的方式获取。经常派遣属下和左右四出，挖掘果树，迁移美竹，不远数千里去搜寻，百姓佳果美竹没有能保存下来的。相信吹捧谄媚自己的人，讨好奉承名高的人，厌恶刚正直言的人，有时甚至把憎恶的人的东西夺来送给所喜爱的人。
十一月，桓玄假传诏令为自己冠冕上加上十二旒，树起天子旌旗，进出清道戒严，乘坐黄金作轴的车子，六匹马驾辕，置备五对副车和旄头云罕的仪仗，享受帝王音乐八佾之舞，设置四面悬挂的钟罄乐器，以妃子为王后，以长子为太子，他的女儿及孙子封爵命名都以宫中旧制为准。桓玄把朝臣大多贬斥为太宰的僚属，又假传诏令让王谧兼职太保，领司徒，捧着皇帝玉玺，把皇位禅让给自己。暗示皇帝把禅位的事在朝庙中告诉祖先，再搬出朝殿，出居永安宫，把晋朝各位神主移入琅王牙庙。
起初，桓玄担心皇帝不肯亲手写诏书，又担忧玉玺不能到手，便逼临川王司马宝请皇帝亲自作诏书，并乘机夺取玉玺。等司马宝来到朝殿，玉玺早已传出，桓玄高兴之极。百官到姑孰劝请桓玄代帝自立，桓玄假意辞让，朝臣执意请求，桓玄这才在城郊外七里处建郊祭之坛，登坛篡位，并杀黑公牛祷告上天，百官陪列两旁，可祭天程序不齐全，忘了高呼万岁，也忘了改变帝讳。张榜呈文昭示皇天后土说：“晋帝贤德如同太阳运行，敬顺天意，把国家的命运交给我桓玄，上天意愿由人代行，帝王这才得以产生；不是君子便不能治国，只有高德才能统治人民，所以，只有顺合天意民心，四海才能归于一统。同是圣人但不能同时为君王，而德行低贱的人们也不能一日无主，所以，五帝互代，三代相接，一直到汉魏，帝位总是归于大功大德之人。晋朝自中叶开始，世事多变，海西之乱，国运几乎危亡，九代帝王开辟天下，平定四海的业绩，任用贤良、斥逐奸邪的功勋，如果没有大禹式的功臣，我们就成为胡虏之民了。太元末年(396)，世风日下，天下大乱。隆安年间(397～401)，祸及士庶，理绝人伦。桓玄虽然身在草泽，不为时人所重，但感于情理，又怎能无慷慨之志！奋身克敌、廓清国难的功劳，主持政务、拨乱反正的业绩，都是仰赖先父遗德，我桓玄又有何功可言！正值时运转变之机，我上应天地运数，以不才之身担当继承先圣的重任，开革新之始，托于王公之上，仰承基业，重振明德，敬业谨慎，不计较以后的忧患。但国君之位不能久虚，人神不可以长时间没有供奉，因此，敢不敬奉皇上的禅让大礼。敬选吉日良辰登坛受禅，祷告上帝，以顺遂众人之望，万邦之愿。惟明灵的上天是飨。”又下诏书说：“天、地、人三才相助，天和人得以各成其功，国家理应归于一统，正直的人之所以能掌握兴亡的契机，帝王的兴起其根由是源远的。自三皇五帝以来，世代各有长短，虽然原因不同，但结果都是一样。朕皇考宣武帝圣德高远，奠定下鸿业的基础，天命所归，理应由他开始。中间几经险厄，不堪负荷，仰瞻宏业，几乎弱柔如缀旒。恶运过去，否极泰来，我被国家重用，除奸救溺，拯救人伦。晋朝司马氏因为多难而岌岌可危，命数已经完结，而效法唐尧虞舜的准则，遵循汉魏的成规，天命集于朕一身。自己本来才微德浅，屡次坚辞，得不到允许，查阅前代典章，于是在南郊登坛祭天，受命于文祖。深思此庆，愿与万民一起，开创新纪元。”于是，大赦天下，改元永始，赐天下人爵位二级，恪守孝悌、勉力耕田者爵位三级，鳏夫寡妇、老而无子、幼而丧亲不能自存者每人赐谷五斛。他的赏赐令，只是徒设空文，不能兑现。初出伪诏，改元为建始，右丞相王悠之说：“建始，是赵王司马伦的伪号。”这才又改元为永始。永始是王莽篡位时的年号，可见其兆不祥。冥冥之中叛逆的人竟如此相同。又下诏说：“封前代三朝帝族子孙作陪衬，自古如此。汉魏以来都为他们安排封地，晋朝历数已尽，禅位于我，我依照古老的法则，也授予他们封土：以南康郡的平固县封给晋帝，封他为平固王，所用车骑年号，一如旧典。”然后依晋武帝迁魏陈留王居邺宫的例子，把晋帝迁到寻阳。降永安皇后为零陵君，琅王牙王为石阳县公，武陵王司马遵为彭泽县侯。追封他的父亲为宣武皇帝，其庙称为太庙，南康公主为宣皇后。封儿子桓升为豫章王，叔父的孙子桓放之为宁都县王，桓豁的孙子桓稚玉为临沅县王，桓豁的次子桓石康为右将军、武陵郡王，桓礻必的儿子桓蔚为醴陵县王，赠桓冲太傅、宣城郡王的谥号，加殊礼，依照晋朝安平王的例子，让他的孙子桓胤世袭爵位，为吏部尚书；桓冲的次子桓谦为扬州刺史、新安郡王，桓谦的弟弟桓修为抚军大将军、安成郡王，桓玄的兄长桓歆为临贺县王，桓礻韦为富阳县王，赠桓伟侍中、大将军、义兴郡王的谥号，让他的儿子桓氵睿世袭爵位，为辅国将军，桓玄的兄弟桓邈为西昌县公，封王谧为武昌公，班剑二十人，卞范之为临汝公，殷仲文为东兴公，冯该为鱼复侯。又降始安郡公为县公，长沙郡公为临汀县公，广陵郡公为巴丘县公，各处封邑千户。其他郡公如康乐、武昌、南昌、望蔡、建兴、永修、观阳的封邑都降至百户，公侯的封号一如从前。又普遍晋升各路征伐军和镇军首领的封号，各有不同。让相国左长史王绥为中书令。尊崇桓谦的母亲庾氏为宣城太妃，加殊礼并配给辇乘。称桓温墓为“永崇陵”，设置守卫四十人。
桓玄进入建康宫时，狂风迎面呼啸而至，仪仗旌旗全被吹倒。后来在西堂小会，设置女乐歌舞，殿上挂着绛色绫帐，正面染成金黄色，四个边角作四条金龙，嘴里含着五色羽葆旒苏，群臣私下互相议论道：“这很像丧车，又像王莽当年仙盖的模样。龙角，就是人们所说的‘亢龙有悔’的意思。”又造金轴车，驾六马。这月，桓玄亲临听讼观视察囚徒，无论罪恶轻重，多被释放。有拦他车辇行乞的，时不时给以施舍。他就是这样好行小恩小惠。自以为是大德。壬辰之日，腊祭于祖庙。改尚书都官郎为贼曹，又增置五校、三将及强弩、积射武卫官等。元兴三年(404)，是桓玄的永始二年，尚书误把“春..”答为“春菟”，凡与此事有关涉的全被罢官或降职。桓玄不理治国大纲，而纠缠细枝末节，都类似此事。以其妻刘氏为皇后，准备修造殿宇，然后正式移入东宫。又开启东掖、平昌、广莫及宫殿诸门，全都分为三股道。又造大辇，可容三十人坐，用二百人去抬。生性喜欢打猎游乐，因为身体肥大不能乘马，又造徘徊舆，安置旋转机关，转动回旋自如。没有追尊祖父和曾祖父，又怕于礼仪不合，便向群臣询问。散骑常侍徐广据晋典说，应该追立七庙，理由是：尊敬他的父亲，儿子必然高兴，居位越高的人，他的情理愿望越应该得到申张，得道越广泛的人，受到的尊敬就越普遍。桓玄说：“《礼记》上说三昭、三穆，加上太祖共是七人，可是太祖是庙中之主，昭穆诸人则列在下位，这哪里是世俗庸人所能知道的呢？礼仪规定，太祖牌位向东，左边是三昭，右边是三穆。就像晋朝皇庙，晋宣帝在昭穆之列，不能处在太祖之位。昭穆一错乱，太祖便无位可尊了，那么，失误就远了。”桓玄曾祖以上名位不显，所以便不想将他们列入序列，又因为王莽立九庙而被前代史书讥嘲，就以立一庙的做法去矫正它，郊庙斋戒两天后便停止了祭祀活动。秘书监卞承之说：“祭礼不祭祖先，可预知楚的命数不会太长。”又拆毁晋室小庙来扩建台榭。其庶母的祭祈，没有固定的场所，在忌日看见宾客游宴之欢，便加入其中，只有到庶母死的时辰一哭了事。在丧服周年之内，不废音乐。桓玄出游水门，旋风刮走车盖。入夜，洪水冲入石头城，浮桥被毁，死人很多。狂风猛吹朱雀门城门楼，顶上一层坠地。
桓玄自从篡国窃位之后，骄奢荒侈，游猎无度，有时甚至不分日夜。兄长桓伟下葬那天，早晨痛哭，晚上就又去游猎，有时一天之中几次出猎，放马驰骋。性情急燥暴烈，呼召传唤紧急，属官全都勒马殿前，禁宫之内喧闹吵杂，全失朝廷威严。于是百姓劳苦，朝野疲惫，怨怒思乱者十家之中有八、九。于是刘裕、刘毅、何无忌等共谋复兴。刘裕等人在京口斩了桓修，在广陵斩杀了桓弘，河内太守辛扈兴、弘农太守王元德、振威将军童厚之、竟陵太守刘迈密谋联盟，作为内应。到约定日期，刘裕派周安穆报告刘迈，刘迈惊恐，就报告了桓玄。桓玄震骇不已，立即捕杀了辛扈兴等人，周安穆放马逃走，得以免死。封刘迈为重安侯，过了一夜又将他杀了。
刘裕率义军到竹里，桓玄移还上宫，百官步行跟从，诏令侍官全都进入停留在宫中。大赦扬、豫、徐、兖、青、冀六州，加封桓谦为征讨都督、假节，用殷仲文代替桓修，遣顿丘太守吴甫之、右卫将军皇甫敷北据义军。刘裕等人在江乘与他们交战，阵前斩杀了吴甫之，前进到罗落桥，又同皇甫敷交战，又斩杀了他。桓玄闻讯大惊，便召集一些会道术的人推算术数以为厌胜之法，问众人说：“我真的会失败吗？”曹靖之回答说：“神人共怒，我实在害怕之极。”桓玄说：“人怨还有由可说，神怒从何怒起？”回答说：“迁移晋室宗庙，使其祖宗飘泊失所，像大楚的祭祀，祭父不祭祖先，这就是神怒的缘由。”桓玄说：“卿为何不劝谏？”回答说：“历代帝王都以为自己所治是尧舜盛世，臣哪里敢说一字？”桓玄越发恐惧愤怒，派桓谦、何澹之驻军东陵，卞范之屯兵覆舟山西面，兵马总计二万来抵抗义军。刘裕到达蒋山，让军中病弱者身披油布雨披登山，摇旗呐喊，数路同时前进。桓玄的侦察兵回来报告说：“刘裕大军遍布四周，不知多少。”桓玄更加忧虑惊惶，派遣武卫将军庾臣页之率领精锐士卒，驰援各军。当时，东北风猛吹，义军放火，烟尘漫天，鼓声喊声震骇京邑。刘裕手握长钺战旗，挥军而进，桓谦等诸军一时奔溃而逃。桓玄率数千亲兵声言赴战，但暗中却领着儿子桓升、兄长的儿子桓氵睿出南掖门，向西逃入石头城，派殷仲文准备船只，相继向南奔逃。
起初，桓玄在姑苏时，将相的星位屡有变化。篡位的那天傍晚，月亮靠近太白星，不久，又隐入羽林星，桓玄非常讨厌这件事。等到向南败逃时，他的心腹劝他一战，他顾不得回答，只是以马鞭指着苍天。好几天无法弄到吃的，左右用粗食进奉，却不能下咽。桓升当时只有几岁，桓玄将他抱在胸前，抚摸安慰他，桓玄悲不自胜。
刘裕以武陵王司马遵总理万机，设置行台，总领百官。派遣刘毅、刘道规追捕桓玄，诛杀了桓玄各位兄长的儿子及桓石康的兄长桓权、桓振的兄长桓洪等。
桓玄到达氵寻阳，江州刺史郭昶之供给他器械物用和兵力。殷仲文从后到达，遥遥望见桓玄的乘船，旌旗车辇、服饰、装备都是帝王的仪仗，叹息说：“败中复振，所以还有希望。”桓玄于是又逼迫晋安帝随车辇西上。桓歆聚集党徒向历阳进攻，宣城内史诸葛长民打败了他。桓玄在逃离路上作起居日记，叙述他抗据义军的事迹，自称筹划指挥，百无一失，只是诸将违抗命令，以致亏丧失败，不是战略战术失误的罪过。于是顾不上与部下商议战事，只是沉思或诵读起居文章，并以起居注昭示左右。桓玄到江陵，桓石康接纳了他，在城南设帐幔营地，安置百官，让卞范之担任仆射，其余官职多用位卑资浅的人补充。于是大修战船，组建水师，不到三十天，聚众将近三万，战船器械不计其数。于是对他的同党说：“卿等跟随我奋力除道清宫，都城中的窃位者正应来军门谢罪，等卿等再度攻入石头城，你们都是身居高位的贵人了。”
桓玄败逃之后，因为担心法纪不整，所以轻怒妄杀，众人多有埋怨和离心。殷仲文进谏说：“陛下从少年起就英名远播，远近钦服，终于扫平荆雍，匡扶京室，声威远布四面八方。登上皇位之后，遭遇如此厄运，不是皇上威猛不足以服众，百姓仰慕，想得到皇恩泽沐，所以应该博施仁义，以期得到民心拥戴。”桓玄发怒说：“汉高祖、魏武帝几次遭遇失败，都因为诸将的失利。因为天象不吉，我们这才被迫还都旧楚，可是群小愚昧迷惑，妄生是非，正应当以威猛加以匡正，而不宜施之恩泽。”桓玄左右称桓玄为“桓诏”，桓胤进谏说：“诏者，是只用于辞令，而不用来作称谓。汉魏君王都没有这些说法，只听说过北虏用‘苻诏’来称呼苻坚。希望陛下追步上古圣帝的法则，使万世可作楷模。”桓玄说：“此事已经实施，现在宣布命令取消，更为不吉祥。一定要改革，可以等到大事平定之后。”荆州郡守因为桓玄在流荡中，派遣使者通表，表中有说国朝不宁的话，桓玄都不接受，再令当地官员上表祝贺迁都。
桓玄派游击将军何澹之、武卫将军庾稚祖、江夏太守桓道恭等联合郭铨，带领数千人守溢口。又派辅国将军桓振往义阳聚集士众，到弋阳，为龙骧将军胡讠华所破，桓振单枪匹马逃回。何无忌、刘道规等在桑落洲打败了郭铨、何澹之、郭昶之，进军寻阳。桓玄率领战船二百只从江陵出发，派苻宏、羊僧寿作先锋。以鄱阳太守徐放为散骑常侍，想说服义军遣散，桓玄对徐放说：“诸人不知天命，才致有如此胆大妄行，后来又恐祸相互扭结、屯集，不能拔足自返。卿信誉满三州，希望能向诸人代为表白朕心，如果退军散甲，我理当让他们重新开始，各处授予职任，让他们才尽所用。江水在此作证，朕绝不食言。”徐放回答说：“刘裕是发起事变的主犯，刘毅兄长被陛下杀害，他们都是不能说服的。应当立即向何无忌宣布大赦无罪的圣旨。”桓玄说：“卿出使说服如果有功效，当以吴兴地方封邑给你。”徐放于是接受使命，出使何无忌军营。
魏讠永之在历阳大破桓歆，诸葛长民又在芍陂大败桓歆，桓歆单枪匹马，渡过淮水逃回。刘毅率刘道规及下邳太守孟怀玉在峥嵘洲与桓玄大战。当时义军只有数千，桓玄军多势众，但桓玄担心出现败局，常把轻舟系在战船旁边，以防不测，所以战士没有斗志。义军顺风放火，人人争先恐后，桓玄全军崩溃，烧了辎重器械连夜逃走，郭铨投降。桓玄从前的部将刘统、冯稚等聚集党徒四百人，出奇兵袭击攻破了氵寻阳城，刘毅派建威将军刘怀肃讨伐平定了他们。桓玄将永安皇后及皇后留在巴陵。殷仲文当时和桓玄同在桓玄的指挥船上，请求派他出去收集流散军士，乘机背叛了桓玄，带着两位皇后出逃到夏口。桓玄进入江陵城，冯该劝他再次决战，没有被采纳，却想经汉川，投奔梁州刺史桓希，但是人情乖戾，众叛亲离，命令无法实行。桓玄乘马出城，到城门口时，左右近臣在城门洞暗处砍杀他，没有砍中，前后砍杀交错，桓玄勉强才到达船上。于是荆州别驾王康产保护晋帝进入南郡府舍，太守王腾之率文武官员护卫。
当时益州刺史毛璩派他的从孙毛礻右之、参军费恬，护送弟弟毛王番灵柩丧葬到江陵，有士卒二百，毛琚弟弟的儿子毛修之当桓玄的屯骑校尉，他们联合引诱桓玄进入蜀郡，桓玄听从了。到达枚回洲时，费恬与毛..之迎头射击桓玄，箭下如雨。桓玄的贴身侍从丁仙期、万盖等用身体遮蔽桓玄，都中数十箭而死。桓玄也被箭射中，他的儿子桓升就立即替他拔掉。益州都护冯迁抽刀上前，桓玄拔下头上的玉导给他，嘴里仍然说：“你是什么人呀？敢杀天子！”冯迁说：“我要杀的是天子之贼。”说罢，就杀了他，当时只有三十六岁。然后又挥刀斩杀了桓石康、桓氵睿等五人首级，庾臣页之战死。桓升说：“我是豫章王，诸君不要杀我。”他被送到江陵在街市上斩首了。
起初，桓玄在宫中，经常觉得神魂不安，好像受到了鬼神的骚扰，告诉他的亲人说：“恐怕我命该当死，所以才要同时间和命运较量。”元兴年间(402～404)，衡阳有一只母鸡变成了公鸡，八十天后鸡冠就枯萎了。桓玄在楚建国，衡阳属他领辖，从篡国到失败，时间总共八十天。当时有童谣说：“长干巷，巷长干，今年杀郎君，后年斩诸桓。”凶兆竟是如此吻合！郎君，就是指的司马元显。
这月，王腾之护卫晋皇帝入居太府。桓谦也在沮中聚集人众，为桓玄举哀，设置丧庭，伪谥桓玄为武悼皇帝。刘毅等传送桓玄首级，挂在城楼大梁上示众，前来观看的百姓莫不欢喜庆幸。