安帝隆安元年（397）四月，王恭以诛王国宝为名，起兵京口。司马道子惊慌失措，杀王国宝、王绪以释众怒，王恭遂罢兵回到京口。殷仲堪直到得知朝廷诛王国宝后才派兵进据巴陵，旋亦退兵。事后，桓玄趁机提出要作广州刺史。司马道子惧怕桓玄，又不愿让他久居荆楚，便任命他为假节、建威将军、平越中郎将、督交广二州诸军事，兼广州刺史。桓玄受命，但并不赴任，仍然留居江陵，以等待时机。

　　第二年，王恭联合豫州刺史庾楷，以讨伐江州刺史王愉及谯王司马尚之兄弟为名，再次起兵京口。桓玄、殷仲堪一齐响应，共推王恭为盟主。司马道子不知所措，慌忙把军权交给十六岁的儿子司马元显，自己只顾酗酒。殷仲堪拨出五千军马交给桓玄，命南郡相杨佺期与桓玄同为先锋，自己率兵二万殿后，挥兵沿江东下，直达湓口。王愉毫无戒备，仓惶逃奔临川，为桓玄偏将所擒。桓、杨乘胜直驱建康，桓玄大败台军于白石，又与杨佺期进军横江。这时，北府兵名将刘牢之被司马元显所收买，刘牢之倒戈，王恭兵败被杀；庾楷也兵败，投奔桓玄。刘牢之率北府兵抵御荆州军，桓玄、杨佺期只得回军蔡洲。为了分化荆州军，司马道子采纳桓冲之子桓脩的建议，任命桓玄为江州刺史，杨佺期为雍州刺史，桓脩为荆州刺史，而贬黜殷仲堪为广州刺史。殷仲堪一听诏命，大为恼怒，催促桓玄、杨佺期进兵。桓玄、杨佺期得到好处，不想出兵。殷仲堪一气之下遽然回军荆州，遣使告谕蔡洲兵众说：“你们如不各自散归，我到江陵便杀尽你们的家人。”于是，杨佺期部将刘系立即带领二千人西上，桓玄等大惧，都赶快撤退，至寻阳才赶上殷仲堪。桓玄由于兵力有限，羽毛未丰，需要殷仲堪相助；殷仲堪丢掉了荆州刺史，也需依仗桓玄的声望。三人便在寻阳重新结盟，桓玄被推为盟主，大家共同约定，不接受朝廷诏命；又联名上书朝廷，为王恭伸冤，要求处死司马尚之，刘牢之等人。司马道子被迫让步，宣布恢复殷仲堪的荆州刺史。这次起兵，桓玄取得江州，得到最大的实惠。他被推为盟主后，更加骄矜，每以寒士裁抑杨佺期。而杨佺期为人骄悍，自以为出自北方高门弘农杨氏，最恨别人瞧不起，在盟誓坛上就想发难袭击桓玄，但被殷仲堪制止了。桓玄觉察到杨佺期有异谋，暗中有了吞并他的打算。

　　不久，殷仲堪等人的矛盾渐渐激化起来。殷仲堪担心桓玄跋扈，遂与杨佺期结为婚姻，相互支援；桓玄敌不过殷、杨二人，害怕被击灭，于是上书朝廷，要求扩大都督区，壮大实力。司马道子、司马元显也想借机挑起矛盾，让他们互相残杀，以达到坐收渔翁之利的目的，遂下令分杨佺期所督长沙、衡阳、湘东、零陵四郡归桓玄管辖，又以玄兄桓伟取代杨佺期之兄杨广为南蛮校尉。杨佺期受到损害，火冒三丈，即刻调集人马，声称援救洛阳，暗中想联合殷仲堪共击桓玄。殷仲堪顾虑重重，既畏惧杨佺期兄弟骁勇，难以对付；又担心桓玄一旦被击灭，杨氏兄弟得势，自己反而受害，故极力予以阻止。杨佺期孤掌难鸣，只好忍气吞声，偃旗息鼓。

　　隆安三年（399），荆州发大水，平地水深三尺，殷仲堪赈恤饥民，仓库空竭。桓玄早想火并殷、杨，见时机已到，率军乘机西上。首先袭取了屯积粮草的巴陵，继而进兵杨口，败殷仲堪之侄殷道护，随后占领距江陵二十里的零口。殷仲堪见大势不妙，急召杨佺期相救，终因粮草奇缺而惨败，双双为桓玄所杀。

　　隆安四年（400）三月，桓玄一举夺得荆、雍二州，随即上表朝廷，求领荆、江二州刺史，朝廷授以都督荆、司、雍、秦、梁、益、宁七州，后将军，荆州刺史，假节，以桓脩为江州刺史。桓玄不满意，上疏坚持领江州，朝廷不得已，加桓玄都督江州及扬豫八郡，并领江州刺史。桓玄得寸进尺，又提出以兄伟为冠军将军，雍州刺史，以侄子桓振为淮南太守，朝廷都不敢不从。这时，浙东一带的农民起义正风起云涌，势不可挡，朝廷忙于派兵镇压，无暇西顾。司马元显代父执掌朝政后，继续用佞臣，树亲党，聚敛无度，朝纲紊乱。加之桓氏子弟布列朝野，势力强大，故桓玄的种种非分之求，朝廷都有求必应。

　　桓玄独霸荆楚，兵强马壮，乃广树腹心，安插亲信。以兄伟为江州刺史，镇夏口；以司马刁畅为辅国将军，督八郡，镇襄阳；派遣桓振、皇甫敷、冯该戍湓口，控扼寻阳。迁沮、漳蛮人两千户于江南，设立武宁郡；招集流民，立绥安郡。又在各郡置郡丞。朝廷下诏征广州刺史刁逵、豫章太守郭昶之入朝，都被桓玄擅留不遣。桓玄踌躇满志，自以为东晋天下三分有其二，而司马氏气数已尽，故多次指使人替自己上祯祥、献符瑞。

　　篡晋称帝隆安五年（401）末，桓玄写信指斥执政说：“今日朝廷显贵心腹，谁是时流清望？岂能说没有佳胜者，只是不能信任罢了。因为住昔朝政的失误，才酿成今日之祸患。朝廷上的君子，怎能没有看法，但因有身家性命之虑，故不敢说话。我忝任在外，所以能揭露事实。”司马元显读后大为恐慌，准备征讨桓玄。桓玄部下、武昌太守庾楷则担心桓玄结怨朝廷，一旦失败而祸及自己，暗中派人与司马元显联系，答应作为内应，司马元显大喜。桓玄派人切断长江航运，致使建康漕运不佳，公私匮乏，官军士兵不得不以谷皮、橡子充饥，给司马元显造成严重困难。

　　元兴元年（402）一月，司马元显以镇北将军刘牢之为前锋都督，以前将军谯王司马尚之为后部，称诏举兵伐玄。官军将要出发，桓玄堂兄桓石生时为太傅长史，及时送来了紧急秘密报告。桓玄原以为扬州一带闹饥荒，农民起义尚未剿灭，朝廷顾不上讨伐自己，正可待机积蓄力量，观衅而动。及接到桓石生的报告，得知司马元显兴师问罪，心中不免恐惧起来，打算固守江陵。长史卞范之献计说：“公威名远扬，谋略震动天下，司马元显乳臭未干，刘牢之不得人心，如果兵临京畿，恩威并施，则土崩瓦解之势可翘足而待，哪有延敌入境而自己削弱自己的道理？”桓玄闻言大悦，当即留下桓伟守江陵，上表朝廷，率师沿江东下。兵抵寻阳，发布檄文，列举司马元显的种种罪行。檄文传到京都，司马元显吓得不敢下令开船。桓玄兴师甚失人心，自觉以下犯上，惟恐将士不为所用，常怀返旆之计。及至兵过寻阳，不见台军踪影，不禁大喜过望，将士们也个个精神振奋，沿路如入无人之境。兵抵姑孰，击败谯王司马尚之，襄城太守司马休之弃城而逃。当时，刘牢之兵屯冽洲，桓玄遣使劝降，刘牢之即敛手归降。桓玄挥兵直驱建康城外的新亭，司马元显不战自溃，弃船逃回京城，与其父司马道子在相府相对而泣，终被桓玄所擒。