龙亢桓氏、铚县桓氏，都本为齐人，是齐桓公的后裔，以齐桓公谥号命氏。西汉中期，桓荣的六世祖迁入沛郡龙亢。西汉末年，桓荣自洛阳跟随朱普学习《欧阳尚书》，后被汉光武帝任命为议郎、太子少傅、太常。汉明帝继位后，为感谢老师，拜桓荣为五更、关内侯。桓荣之后，其子孙承袭家业，累世传袭《尚书》，成为经学世家。
晋元帝时期，散骑常侍桓彝子五人均典要职，尤以桓温、桓冲二人为代表。桓温消灭成汉后，名声震主，地位隆高，成为一代权臣；桓冲接掌桓温权位时，由于性格较温和，未有以权臣的姿态凌驾皇室，但其朝中地位同样崇高。桓温之子桓玄后来更曾篡夺皇位，建立桓楚，改元永始，几乎覆灭东晋。但桓楚政权不得人心，未达两年而遭刘裕等人击溃，桓玄死后其堂弟桓谦奉还国玺于晋室，《晋书》再以桓石绥之死，标志着桓楚政权的灭亡。桓楚败亡后，桓氏家族亦走向没落。
另外，三国时期曹魏大司农桓范亦为沛国人士，但由于史籍上未有记载其是否龙亢人士，故此未能肯定他是否龙亢桓氏的一脉，姑且存疑。
谯国桓氏是中国东汉初年兴起的一个世族，自桓荣习《欧阳尚书》后成为著名经学世家，桓荣、桓郁、桓焉祖孙三代曾为汉明帝、汉章帝、汉和帝、汉安帝、汉顺帝五代皇帝的老师。东晋初年，谯国桓氏再度以军功崛起，在政坛上与琅琊王氏、陈郡谢氏分庭抗礼，桓玄甚至一度篡夺了东晋的帝位。桓玄失败后，谯国龙亢桓氏彻底衰落，其支族谯国铚县桓氏则一直延续到唐朝。
桓姓源出有四：一是出自姜姓。春秋五霸之首齐桓公，他的庶子称为桓族子弟，后来以桓为姓，称桓氏。二是源出于子姓。宋桓公有个儿子叫公子肸（xī），字向父，向父的后人称为向氏，是宋国执政公卿之一。向氏子孙众多，又分出其他姓氏。向戍有曾孙叫魋（tuí），在宋景公时任司马，以宋桓公的谥号为姓，亦称桓氏。三是由北魏桓侯氏简化而来。周代晋国（姬姓）、杞国（姒姓）、曹国皆有桓侯，其后裔有桓侯氏，简称桓氏。四是据《魏书·官氏志》说，后魏鲜卑族复姓乌丸氏，原为乌桓国之王族乌桓氏，进入中原后改为汉族单姓桓氏。东晋桓氏乃是『孤微发迹』，寒门无世谱，世系难详，引起时人许多议论。后世子孙也力图隐蔽桓氏家世，这一切正因为桓氏乃是出身『刑门』，就是有犯罪前科的家族。
刑门之余桓温，字符子，谯郡龙亢人（今安徽怀远县西北龙亢集）。桓温的六世祖就是三国时的桓范。桓范是魏大将军曹爽的智囊，在高平陵之变后被司马懿所杀。曹魏嘉平元年（249年）桓范预于曹爽之狱而被诛夷。司马懿处置曹爽一党，手段极其残忍。《晋书》卷一《宣帝纪》曰：“诛曹爽之际，支党皆夷及三族，男女无少长、姑姊妹女子之出阁者，皆杀之。”由于桓范被诛，桓氏成为刑家，因而在逃子孙力图隐蔽桓氏家世。司马氏子孙，也是非常避忌诛曹爽一案的，魏晋载籍当然也不敢尽其词。随着时间的推移，洞悉嘉平之狱实情的人越来越少，桓范事迹也越来越湮没无闻于世。所以，桓温以满门抄斩劫后之余出仕晋廷，与司马氏积有累世之怨，这是否可以说明以后桓温的一些作为？
桓温的父亲是东晋宣城太守桓彝。桓彝本人，一直心忠晋朝。因平定王敦之乱而上升为与郗鉴、温峤、庾亮等名望相近的名臣，深受明帝信任。苏峻之乱，兵弱民寡的桓彝毅然赴难，当其时，周围郡县守令大多投降或“伪降”，桓将军誓言“义在致死”，终于力屈城陷，为苏峻所杀，时年五十三岁。
桓温少年时乃是一少年无赖。桓家家贫，而桓温却喜欢赌博，有一次输惨了，债主逼得紧，桓温走投无路，只好去求擅长赌博的表兄袁耽。袁耽当时正在服丧，桓温本来担心他不答应，不料袁耽大声说好，对桓温说，你到时候只管大声喊就行了，包你赢。于是急匆匆地换掉丧服，兴冲冲出去后才发现丧帽还戴在头上，于是把丧帽藏在怀里。债主见来了个毛头帮手，不以为然，说：“你总不会就是传说中的袁眈吧！”
当下摆开赌局。袁耽边赌边大呼小叫，旁若无人，加上桓温在旁大喊助阵，债主被诈唬得不行，很快就输了上百万，袁耽见赚够了，于是从怀里取出丧帽扔向债主，得意地说：“你难道真的认识袁耽？”
桓彝战死改变了桓温，勤王牺牲是声名提高了，可是家道又中落了。桓氏家世不显，渡江又晚，在东晋看重门第的社会风气下不免压抑。桓彝凭着自己的努力终于在政治上跻入了上层，但是其家族地位并没有得到世家大族如琅琊王氏的认同。桓温兄弟家贫无援，母亲生病要以羊为药引，竟也无力购买，结果把幼弟桓冲典押给卖主，才换得一头羊，此情此景让浪子桓温在一夜间成熟。
桓彝被杀时，桓温年仅十五岁。由于知道杀害父亲有泾县县令江播参与，桓温“枕戈泣血，志在复仇”。三年过后，江播病死，他三个儿子害怕桓温来闹丧，在灵堂迎接吊孝来人时也在杖中暗藏利刃，以备不测。严密如此，仍无法躲避复仇心切的桓温。这位青年人身着素白衣衫，佯称是吊客，混进灵堂，突然之间于衣中抽出刀来，把惊吓得瞠目结舌的江播长子江彪一刀捅死在当地。
接着，他又猛追仓皇逃散的江播另外两个儿子，一刀一个，把江氏三兄弟尽数杀死，终于替父报仇，片刻之间就使害父仇人江播成了绝户。正是此种为父报仇的刚烈勇猛，为桓温在当时赢得了至孝、猛毅的良好声名。
桓温之父桓彝生前与国舅庾亮是好友，桓温本人也与庾亮之弟庾翼相交甚密。明帝时，庾翼作为太子舅氏，就向皇帝极力推荐这位好友：“桓温少有雄略，愿陛下勿以常人遇之，常婿蓄之，宜委以方召之任，托其弘济艰难之勋。”才气、名气、运气，可以说在青年时代的桓温身上全都汇聚在一起了。既有手刃仇人三子的孝义之举，又是忠良之后，东晋明帝选女婿，自然把此等人物作为首选。桓温二十出头，便娶明帝爱女南康公主为妻，拜驸马都尉，袭其父爵。一入龙门，节节高升，很快就“除琅琊太守，累迁徐州刺史”。
荆州老兵桓温娶得南康公主，但其家族地位仍没有根本改变。谢奕与桓温是布衣之交，做了桓温的司马，曾经在宴会上逼桓温喝酒，桓温不胜酒力，急忙回避，谢奕就抓住桓温帐下的一名军官共饮，戏谑道：“失一老兵（指桓温），得一老兵。”魏晋时代兵卒身份低下，兵成为对人侮辱的称呼，“凡奋身行伍者以兵与卒为讳”。
桓温与当时名士区别颇大。按照刘惔的说法，他的样子是“鬓如反猬皮，眉如紫石棱”（鬓毛像刺猬刺那样硬而四向竖起，眉毛像紫石英棱角那样刚健分明）。桓温的个人喜好，也与当世士族名士有所不同。史书记载，桓温与殷浩、刘惔清谈不胜，心下郁闷，于是上马持槊来回奔驰，还有意将枪头指向殷、刘，搞得他二人心惊胆颤，而桓温却感到大为解气。还有一次，某日大雪，桓温出猎，先去拜访老友，刘惔见桓温一身戎装，持刀握棒，一副刺眼的武夫样子，就趁机讽刺道:“老贼欲持此何为？”，桓温笑道：“我不为此，卿安得坐谈乎？”
桓温行政宽和，连他自己的儿子都不理解。有一次他杖责属下，刑杖只是从官服上掠来掠去，碰巧被他的第三个儿子桓歆看见，就讽刺说，这受杖简直是“上捎云根，下拂地足”，就是打不到身上。桓温也不生气，还说这还嫌刑罚重了。
还有一次，他曾经派部下罗含检查属下谢尚，结果部下在谢尚那儿喝了几天酒就回来了，什么也没干。桓温询问检查报告，罗含反问道：“不知道您认为谢尚是什么样的人？”桓温回答说：“比我强。”罗含就说：“比您强的人怎么会做坏事呢？所以我什么都没问。”桓温一笑了之，也未计较。
另外，桓温为人深沉而多情。一次进军途中，有人抓了一只小猿猴，它的母亲尾随船队，一路悲号，行百余里不去，终于趁船队靠岸的时候跳上了船，却已经精疲力竭，当即气绝。解剖后发现肠子都断成一节节了，这就是所说“肝肠寸断”的来历。桓温听说后大怒，下令将肇事者赶出军队。
还有一例，在一次宴会上，一位参军吃蒸薤，蒸薤黏在一起夹不起来，同坐的人不肯帮忙，终于连筷子都黏住了，满堂哄笑。桓温却面色沉重，说：“同盘尚不能相助，况复危难乎？”下令罢免同坐之人的职务。
西灭成汉荆州刺史庾翼死后，各路门阀竞相争夺荆州地区，朝廷出于权力上的平衡，想推举出一位远非豪门望族的人来接替庾翼，恰好桓温适合这个条件。庾翼自己当初也没有想到，他所竭力举荐的桓温，后来会占了自己儿子的位置。朝廷诏下，以桓温为都督荆梁四州诸军事、安西将军、荆州刺史、领护南蛮校尉。如此，命世英雄终于有了施展雄心和抱负的人、财、力、地。
桓温得以进入荆州地区，但是凭他那时的威望，远不能站稳脚跟，各大士族也仍然轻视他。待到桓温冒险西进，一举攻灭西蜀成汉政权，才牢固地掌握住了荆襄这块地盘，声望才有所改善。
永和二年（346年），割据今四川大部、云贵局部的成汉发生了一桩变故。成汉大臣李奕起兵反叛，应者云集，很快就打到成都。要不是李奕在成都城外被戏剧性的射死，成汉君主李势的皇位就做到头了。不过李奕的猝死也只延缓了李势几个月的皇帝生涯而已，因为在荆州虎视眈眈的桓温从这次事件中嗅到了契机，于永和二年（346年）十一月辛未，率领7000精卒，沿长江西上，开始了灭蜀之役。
永和三年（347年）二月，桓温军队到达成都南100多公里的青衣江。李势这才反应过来，但他派出的三支军队陆续被桓温击溃。于是孤注一掷，集合残余兵力出战。决战在成都城外爆发。成汉军队的攻势相当激烈，桓温军队前锋受挫，参军龚护战死，流矢险些射中桓温马头。桓温下令撤退，这时候奇迹发生了，鼓吏在惊慌之下，错把退兵鼓击成了进兵鼓，晋军士气被再次鼓舞，终于大破成汉军队，桓温军队长驱直入，一直追逐到成都城门下，放火焚烧城门。蜀人斗志崩溃，李势彻底绝望，反绑自己，携带棺材，赴晋营投降。成汉覆灭。
伐蜀之役是晋朝南渡来第一次灭掉割据政权，这证明了桓温的确是第一流英雄。但成都决战时桓温下令退兵的决定，实在是致命错误。晋军只携带了三日粮草，桓温退兵的命令一旦执行，成都难免久攻不下，晋军很快就会绝粮，全师而退的可能性也微乎其微。
桓温的这一失误反映出了他性格的一面：谨慎持重，难于冒险。在桓温力量显着优势的时候，这种性格并无害处，甚至可以确保他的成功。但是一旦敌我势力在伯仲之间，这种性格就会成为弱点，制约他的成功，让他往往在距成功一步之遥的地方受挫。
北伐中原北方五胡政权后赵石氏衰落，皇帝石虎死后，其部下冉闵叛乱，北方大混战爆发，东晋荆扬相持的僵局旋即被打破。桓温从北方的变故中觉察到了契机，准备经略北方。
东晋朝廷一向担心桓温在征伐中壮大，当年桓温伐蜀时就有争议。现在桓温北伐在即，所以不难想象中枢对桓温北伐的极力反对，然而，阻挠恢复故土，从道义上无论如何说不过去。唯一的变通方法，便是由朝廷一方亲自北伐。
朝廷于是以褚裒自京口抢先出师北伐，以拒桓温要求。但褚裒旋即败归，惭愤而死，使桓温少了一个可以与自己抗衡的对手。
褚裒死后，朝廷士人领袖殷浩亲自经营北伐。他只是联络北方降胡，虚张旗帜，并不急于出军。于是桓温于永和七年冬率师自江陵下驻武昌，声称北伐，又似东进，逼朝廷表明态度。朝廷一方面以书止桓温军，一方面催殷浩兴师北伐。殷浩北伐终以前锋姚襄倒戈而彻底失败。朝廷不但丧失了可以制约桓温的实力，也丢掉了北伐旗帜。
朝廷北伐力量消耗已尽，能够北伐的，只有桓温一人。桓温必须真正投入兵力进行北伐战争而不是虚声威胁，才能以战争的成果进一步改善自己的处境，提高影响建康政局的能力。所以在永和十年（354年）二月，桓温第一次北伐之师就上路了。
永和十年（354年），桓温深入前秦腹心之地，在蓝田两次击败前来拦截的五万秦军，直逼秦都长安。当地的耆老感泣曰：“没想到今日又见到官军了！”后来苻坚采取坚壁清野的策略，桓温军粮不继，只得退走。虽然在撤退时遭到秦军的全力追袭，桓温最后还是带了中原3000余居民回来。
历来都认为当时长安苻坚不过5000余士卒，桓温不应退走，应该攻下长安，伐秦的最终失利，桓温的徘徊灞上难辞其咎。
当时王猛入见，他身穿麻布短衣，径投桓温大营求见。桓温请王猛谈谈对时局的看法，王猛在大庭广众之中，一面扪虱(捉掐虱子)，一面纵谈天下大事，滔滔不绝，旁若无人。桓温见此情景，心中暗暗称奇，脱口问道：“我奉天子之命，统率十万精兵仗义讨伐逆贼，为百姓除害，而关中豪杰却无人到我这里来效劳，这是什么缘故呢？”王猛直言不讳地回答：“您不远千里深入寇境，长安城近在咫尺，而您却不渡过灞水去把它拿下，大家摸不透您的心思，所以不来。”桓温“嘿然无以应”。可见桓温此时已失去当地居民的支持，晋军缺粮问题变成了致命问题，并最终导致伐秦失败。
由是人们推断桓温北伐不过是为了扩张个人威望“以功名镇服江东”。其实仔细分析一下他的当时处境，桓温的策略可能是直捣敌人国都，使对方丧胆失措，待敌方内部生变，外有中原故老接应，就可趁机取胜。可是当他发现苻秦内部矛盾不激烈，当地的百姓又觉得苻秦政权比前赵要温和许多，加上苻坚坚壁清野，断绝了晋军的粮食补给，形势就复杂了。桓温害怕面对倍于我，而又为保国守土而战的秦军，如果贸然闯入长安，就有可能被困死在城中。
所以，桓温不进长安，说是为了“以功名镇服江东”，这是一种猜测而已，王猛的那番对话很可能是后来史官虚构的，不进长安应该还有桓温军事上的慎重。所以，后来人不理解时人的处境，空发议论。但桓温随后的应对措施实在是消极的，说桓温的“过于”持重就在此处，王猛离他而去，不是因为桓温有做乱臣贼子的野心，而正是看透他永远不会真正成功。
桓温退回荆州之后，很快便恢复了元气。此时，羌豪姚襄降而复叛，北返中原，取得了许昌至洛阳之间一大块地盘。同时，前秦和前燕正受内乱困扰，桓温看到这正是进军河洛一带的大好机会。
为此，桓温十余次上表要求进军黄河，还都洛阳，朝廷却都不允许。此时建康城中的君臣，早已忘记当初刚刚建国时“唯有蹈节死义，以雪天下之耻”的誓言一心偏安江东。不过姚襄忘恩负义地叛去，有失朝廷颜面，所以还是让桓温当上征讨大都督，去讨伐姚襄，这就是他的第二次北伐。
桓温进军到洛阳附近，与姚襄隔水而战，把姚襄打得大败。随即进驻洛阳，拜谒了先皇陵墓，把遭破坏的灵寝都修缮好，派专人看管。这是东晋立国之后，晋军第一次也是唯一一次回到故都。但是一心偏安的东晋君臣不敢也不愿返回故地，桓温只能徒然叹息：“废神州于龙漠，令五尺之童掩口而叹息！”桓温退回荆州，随即四州得而复失。
桓温主持的第三次北伐，目标是前燕政权。桓温率5万步骑从镇地姑孰出发，兵分东西两路。西路由王导时留下的宿将袁真带领，任务是穿过谯、梁二郡，打通石门水道，把粮草运到黄河前线。桓温自领主力，从东线水路进入黄河，沿河西上与袁真会合。
但是袁真一直打不开石门一带的水道，桓温在行进到枋头一带得不到军粮接济，只得烧毁船只，向南撤退，途中被前燕慕容垂的精骑追击，于是有枋头之败。
简文帝对于桓温的事业来说，败于枋头，不仅影响他的声望，也削弱了他的军事实力。桓温尽管控制了中枢，却由于此次战败，故无力断然篡位，只有以废立树立威望。咸安元年（371年），桓温入建康，废司马奕而立会稽王司马昱为帝，这就是简文帝，他实际上是桓温欲行篡位之前的一个缓冲。
桓温原计划简文帝会禅位于他，他将要在政治权力的阶梯上走完最后几级的时候，极大的障碍出现了。几家最有影响的门阀士族，主要是太原王氏，陈郡谢氏，他们在朝廷还拥有潜在力量，亟思抗拒桓温的非分之求，以图维护东晋司马氏的帝位，恢复门阀士族之间的平衡状态。
当时朝廷在位的士族人物，多数曾居桓温军府，是桓温的故吏，他们都深知桓温的政治志向。但是他们之中愿意协助桓温，为桓温所用的，只有郗超一人。当简文帝立，郗超为中书侍郎入直宫省之时，谢安、王坦之为侍中，都在简文帝左右。所以桓温并不放心朝局，一直居于姑孰而不敢入朝，直到翌年七月简文帝之死为止。
简文帝死后数月，宁康元年（373年）二月，桓温由姑孰来朝，本有诛王、谢，移晋鼎的打算，但是迫于形势，未敢下手，只就前一年冬所谓彭城妖人卢悚率众突入殿庭一事穷加究治，此年稍后，桓温病，病中犹讽朝廷求九锡，谢安等延宕其事。七月，桓温死。
身后之名谯国桓氏，经过桓温十余年的经营，已经囊括东晋半壁江山，掌握天下大半兵权，成为当时最有实力的士族。东晋操纵国柄的最顶级士族为琅琊王氏，颍川庾氏，谯郡桓氏，陈郡谢氏。琅琊王氏南渡之前已为高门，颍川庾氏以外戚晋身，白手起家的，只有桓氏、谢氏。谢氏的崛起大致与桓氏的崛起同时，但是一直为桓温压制，经过谢尚、谢安、谢玄多人几十年经营才凭淝水殊勋成为顶级士族。只有桓氏，凭借的是桓温一人之力，在短短十几年里，迅速窜升为顶级士族。桓温之能，斯为可观。
与王敦相比，王敦只想做霍光，桓温才是真的想当曹操，与刘裕相比，桓温的失败并不是因为他不如刘裕，而是因为刘裕实在是比桓温运气好，桓温给了东晋政权狠狠一击，虽然东晋政权侥幸存活了下来，但是其基石已经摇摇欲坠了，刘裕所要做的不过是再在脆弱的基石上狠狠踢一脚。讽刺的是刘裕走向成功最重要的砝码之一就是平定了桓温之子桓玄的叛乱，不知道九泉下的桓温知道这一切该做何感想。
父为九州伯桓玄，字敬道，一名灵宝，他是桓温之子。桓温去世，遗命其弟桓冲统率军队，并以时年五岁的桓玄袭爵南郡公。史载其母马氏半夜见有流星坠于铜盆中，变成了二寸左右的火珠，就以水瓢接取吞服，过后就怀孕，生下桓玄。桓玄的小名因此就叫灵宝，他从小就姿貌端妍，聪慧不凡，桓温非常喜欢这个儿子。
桓温的一年丧期满，昔日的文武属官都齐集于桓温之弟桓冲的府中拜辞。面对满府的僚属，桓冲抚摸着桓玄的头，对这个小孩子说：“这些人都是你家的故吏啊。”桓玄虽小，听此语忆念慈父，顿时泪流满面，使得一府文武都大相叹息。
桓玄长大后，形貌瑰奇，风神疏朗，琴棋书画，无不关涉，又写得一手好文章。对自己的才能和门第颇为自负，总认为自己是英雄豪杰，然而由于其父桓温晚年有篡位的迹象，所以朝廷一直对他深怀戒心而不敢任用。到了23岁那年（391年），才被任命为太子洗马。
有一次，桓玄去拜见琅琊王司马道子，正逢饮宴，宾客满座。司马道子突然睁着两只醉醺醺的大眼对众人说：“桓温晚年想造反，是不是？”桓玄吓得汗流浃背，拜伏在地，不敢起身。琅琊王骠骑长史谢重举起手版回答说：“已故宣武公（桓温）废昏立明，功过伊尹、霍光，人们的种种议论，应当有所识别。”道子点头，桓玄这才爬了起来。从此，桓玄的心中更加惴惴不安，对司马道子恨得咬牙切齿。
后来，桓玄出补义兴太守，郁郁不得志，曾登高眺望震泽，长叹说：“父为九州伯，儿为五湖长！”桓玄向来不甘屈居人下，他为自己出身元勋之门却负谤于世而愤愤不平，乃上书晋孝武帝，弃官回到了自己的封国。
荆州是桓氏发迹之地，桓氏执掌荆州数十年，故吏宾客遍布各地。而新任荆州刺史殷仲堪只是一个玄学名士，对桓玄也甚为敬畏。有一回，桓玄到刺史厅前跑马，手持马槊在殷仲堪面前比划。殷仲堪的中兵参军刘迈看不下去，讥刺说：“你的马槊之技有余，只是精通义理则不足。”桓玄满脸不悦，扬长而去。殷仲堪大惊失色，对刘迈说：“卿是狂人！桓玄晚上派人杀你，我岂能相救？”让刘迈马上回建康躲避。桓玄果然派人来追杀，刘迈勉强逃脱。
公元396年，宫中张贵人因怕色衰被废，乘晋孝武帝司马曜醉卧内殿，用被子蒙住他的头使他窒息而死。太子司马德宗即位（晋安帝）。
此时，太傅、琅琊王司马道子乘机专制朝政。他嗜酒如命，不问政事，尚书左仆射王国宝与从弟王绪专权用事，威震内外。当时，青、兖二州刺史王恭，荆州刺史殷仲堪士马强盛，王国宝、王绪劝司马道子削弱方镇兵权，加强中央实力。消息传出，内外骚动。桓玄备受朝廷排抑，早已心怀不满，见有机可乘，乃游说殷仲堪联合王恭起兵，匡正朝廷。
公元397年，王恭以清君侧为名起兵。司马道子惊慌失措，杀王国宝、王绪，以平息众怒，王恭遂罢兵回到京口。殷仲堪得知朝廷诛王国宝后亦退兵。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，便想调他到广州去。桓玄并不应命，仍然留居江陵，以等待时机。
公元398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。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，表示下野。殷仲堪命杨佺期与桓玄率5000兵马同为先锋，自己率兵两万，沿江东下，乘胜直捣建康。
这时，王恭军中突然发生变乱。王恭军的主力是北府兵，受淝水之战的著名将领刘牢之指挥。刘牢之并不信任王恭，而且又是个轻于去就的人，他被司马元显所收买，决定率兵倒戈。有人向王恭告发，他却不信，还摆酒宴请刘牢之，并当众拜他为兄，又把精兵全都交给他指挥，刘牢之回去后却立刻命令儿子刘敬宣回兵袭击王恭，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、杨佺期只得回军蔡州。
战后为了分化荆州军，司马道子又采纳桓冲之子桓修的建议，任命桓玄为江州刺史，杨佺期为雍州刺史，桓修为荆州刺史，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。但桓玄由于羽毛未丰，还需要殷仲堪相助；殷仲堪丢掉了荆州刺史，也需依仗桓玄的声望。他们便在寻阳重新结盟，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，出自北方高门弘农杨氏，最恨被别人瞧不起，在盟誓坛上就想发难袭击桓玄，但被殷仲堪制止了。桓玄觉察到杨佺期的阴谋，于是暗中准备对付他。公元399年，荆州遇洪水，水深三尺，殷仲堪实力大损。桓玄乘机袭击，殷仲堪见大事不妙，急召杨佺期相救，终因粮草奇缺而惨败，二人都被击斩。桓玄一举夺得荆、雍二州。
当时，东晋暂时压制住了孙恩的起义军，权臣司马元显就决定铲除桓玄，元兴元年（402年），以手握晋军精锐北府兵的将领刘牢之为前锋都督出兵讨伐，然而刘牢之唯恐消灭桓玄后，不能被司马元显所容，又打算假借桓玄的力量以除掉当政者，自己再趁机夺权，因此不战而降。桓玄遂顺利东下，进入建康，杀司马元显。不久，并解除刘牢之的兵权，刘牢之因此叛变，事败被杀。桓玄更矫诏以任命自己为太尉、都督中外诸军事、扬州牧、领豫州刺史，完全掌控国政，随即又接连诛杀司马道子父子、北府将领，以铲除其政敌。
凭借门第显贵以及父亲名望，桓玄在优游中纵横捭阖，文武并用，最终能在东晋的混乱政局中节节而胜，一步步清灭了殷仲堪、杨佺期、刘牢之、司马道子父子，终于掌握了东晋朝廷的最高权力。
刘裕一掷桓玄掌权后，随从六十人，剑履上殿，入朝不趋，赞奏不名，跋扈无礼。同时，他又对桓氏族人大加封赏：桓玄自己任命兄桓伟为冠军将军、雍州刺史，侄子桓振为淮南太守。与前代王敦一样，大事完毕，桓玄出镇姑孰，但朝中大政皆要他点头后才可施行。
在姑孰，桓玄又造数艘轻巧小船，遍载书画古玩奇物。有左右问其原因，桓玄说：“兵荒马乱，倘有意外，这些东西轻而易运。”大家闻之一笑，心里皆开始有轻视桓玄之意。
安帝元兴二年（403年）九月，桓玄亲兄桓伟病卒，桓玄想以堂兄桓修代领荆州刺史一职，为其属下所阻，说：“桓谦、桓修兄弟专据内外，权势太重。”于是，桓玄就以另一位堂兄桓石康（桓豁之子）为荆州刺史。
兄长病死，桓玄也加快了篡晋的步伐。其左右亲信卞范之、殷仲文等人都暗劝他早受晋禅，私下已经把九锡文和册命准备妥当了。元兴二年（403年）阴历十月丙子，晋廷以桓玄为相国，总百揆，封十郡，为楚王，加九锡，楚国置丞相以下官。封王、开府、置官、加九锡，这是篡位的第一步。
桓谦私下问来京城述职的彭城内史刘裕说：“楚王桓玄功高德重，若禅让之事发生，您以为如何？”刘裕马上回答：“您是桓温的儿子，现在晋室软弱，本来就该禅让给您家。”桓谦大喜，说：“刘裕说行，一切就没问题了。”
其实，早在来京之前，刘裕与高参何无忌就想在山阴起兵讨桓玄，但桓玄未篡位，罪名不够。此时，刘裕期待的，就是桓玄篡位事成的那一天。
各项工作准备就绪，公元403年阴历十一月丁丑，卞范之作“禅诏”，派临川王司马宝逼安帝照猫画虎抄了一遍，禅位于桓玄，“百官诣姑孰劝进”。
十二月庚寅，桓玄筑坛于九井山。壬辰，继皇帝位，追尊桓温为宣武皇帝，桓温正妻南康公主为宣武皇后，封其子桓升为豫章王。
桓玄改元为“建始”，右丞王悠之忙进言说“建始”是“八王之乱”中赵王司马伦篡位用过的年号。桓玄马上下令更改，改为“永始”，但这个年号又是当年大奸王莽当权西汉时的不祥年号。接着，桓玄下诏封安帝为平固王，迁于寻阳软禁。
随后，桓玄的仪仗大队从姑孰出发，向建康皇宫进发。当日大风异常，所有的仪仗旗皆被吹折刮散。桓玄临登御座，大龙椅子忽然散垮，朝臣们皆仓皇错愕。幸亏殷仲文有捷思，忙在一边说：“陛下圣德深厚，地不能载也。”桓玄大悦。
桓玄为了显示他的仁主形象，以皇帝之尊，亲坐殿中面审罪人，罪无轻重，都一律释放，以示其“宽仁”。百姓中不少有当街拦乘舆呼冤叫贫的，桓玄时时散金银与之，行此小惠，以惑人心。同时，他本性苛细，喜欢炫耀学问，臣下奏事，连笔画之间稍有细误，都会被这位皇帝以御笔朱点而出，“必加纠挞，以示聪明”。由此，天子似吏，其臣下苦不堪言。桓玄凡事都“亲力亲为”，自任官员，手书条令，最终导致纲纪不治，案牍山积，法令不行。
桓玄大兴土木，扩建建康诸殿大门，重修宽广的驰道，兴造可容3000人坐的大辇，以两百人牵曳。他还爱好出外打猎，令人制作了极其精巧的“徘徊舆”，机关众多，转动灵活，近乎现代汽车的古代版。同时，桓玄日夜笙歌，游宴无度，即使在为其兄服丧期间，也“不废音乐”。由于土木频兴，徭役繁重，督迫严促，致使百姓愁苦，纷纷思乱。
桓玄为了拉拢朝臣镇将，不遗余力，尤其是对刘裕分外看重，提拔他为徐、兖二州刺史，并在朝会后盛大的酒会上向他亲自敬酒。桓玄的皇后刘氏有鉴人之明，对他说：“刘裕龙行虎步，视瞻不凡，恐终不为人下，不如早除之！”桓玄不从，表示：“我正要平定中原，只有刘裕这样的人才英武可用。等到关、洛平定，我再想除他的办法。”
刘裕还京口，正所谓放虎归山。他马上与何无忌等人密谋兴复晋室，讨伐桓玄。同时参与密谋的，还有竟陵太守刘迈的弟弟刘毅。主意已定，刘裕遣人入京联系，又招兵买马，以刘穆之为主簿。
桓楚永始二年（404年）二月，以北府旧将刘裕为首的数名将领，起兵讨伐桓玄。何无忌诈称诏使，率人骗开京口城门，直冲府门，立斩桓修，占领了京口重城。
刘毅之兄刘迈怯懦，在京城接到刘裕等人的密信后，惊吓过度，手持密信向桓玄“自首”。桓玄大惊，立封刘迈为重安侯，斩杀与刘裕有联系的王元德、童厚之等人。第二天桓玄又杀掉了刘迈。
见天下大乱，桓玄以堂兄桓谦为征讨都督，以姐夫殷仲文代领桓修军职，派手下悍将吴甫之、皇甫敷率兵抵挡刘裕。桓谦等人要求马上齐集大军先发制人，桓玄以持重为由，不从。
当时桓玄忧愁满面，左右就劝解：“刘裕乌合之众，成不了大气候，陛下何必如此忧虑。”桓玄回答说：“刘裕足为一世之雄，刘毅家无余储，樗蒲（一种博戏）一掷百万，何无忌酷似其舅（刘牢之）。此三人共举大事，何谓无成！”
果然，皇甫敷、吴甫之二将与刘裕苦战江乘（今江苏句容），均被斩首，全军覆没。而此时的刘裕，其实手下总共只有将士不满两千人。
闻听二将死讯，桓玄惊惧。他命桓谦、卞范之等人合军二万，坚守覆舟山（今南京太平门附近）。不进退守，桓玄败象已定。
刘裕军早晨进食一饱，悉弃余粮，以示必死之心。进至覆舟山下，刘裕先派羸弱之兵多带旗帜登山，以为疑兵吓唬敌军。接着，又把军队分成无数小队，数道并进，布满山谷。桓玄得报，以为刘裕“军士四塞，人多无数”。
进攻开始，刘裕、刘毅身先士卒，手下将士皆死战前冲，无不以一当百，呼声震天动地。桓谦军队一时大溃，许多先前的北府兵也不战而降。
桓玄接到桓谦败讯，率兵数千人，带着儿子桓升和侄子桓浚两个小孩，以赴战为名，从南掖门往外逃奔。
途中，桓玄昔日的下属胡藩扣马进谏，劝他率余军与刘裕决战。桓玄以手指天，意是“天亡我也”，鞭马而走，跑至码头，坐上船就跑。由于逃亡仓促，众人一天都没进食。
夜间，左右进献粗米饭一碗，桓玄惊惧交加，竟不能下咽。其子桓升才六岁，“抱其胸而抚之”，安慰这位悲伤的“父皇”。桓玄“悲不自胜”。刘裕入据建康，焚桓温神主，尽诛桓氏未及逃跑的宗族。
桓玄逃至寻阳，带上废帝晋安帝等人，“迁都”江陵。一月之间，倒也威势复振，有众两万，“楼船器械甚盛”。可是由于桓玄不思己过，却埋怨诸将无能，轻怒妄杀，使属下之人纷纷离去。
桓玄接连接到败报。桓振（桓玄堂侄）、郭铨、何澹之、郭旭等人数道皆败归。不忿之下，桓玄自率战舰二百艘，以苻宏、羊僧寿为先锋，前往峥嵘洲（今湖北鄂州江上）与刘裕军决战。
当时，桓玄兵多船坚，刘裕兵仅有几千人。但桓玄心怯，大战前即在指挥舰旁停靠了两艘便于逃跑的小船。属众知之，皆无斗志。双方交战，刘裕军士乘风纵火，尽锐争先，不要命地冲杀而来。桓玄军大溃，烧辎重连夜逃遁。桓玄部将郭铨、殷仲文相继投降。
桓玄逃返江陵，其将冯该劝他出城复战。桓玄破胆，不从，欲出汉川，投奔梁州刺史桓希。混乱之间，桓玄乘马出城门时，在城门洞被左右兵卫袭击，卫士们混战一团，前后相杀，交横于道，桓玄勉强得命，逃到座船中。
当时，益州刺史毛璩的弟弟毛璠病亡，其孙毛佑之与毛璩参军费悦送丧回江陵，一行有200多人。桓玄身边的屯骑校尉毛修之是毛璩侄子，眼见大势已去，很想拿桓玄当做立头功的筹码，便劝诱桓玄入蜀。桓玄从之。
毛修之早已和毛佑之等人打好招呼。桓玄一行人大张布帆，向益州军船驶来。眼看距离不远，毛佑之令手下人放箭，迎击桓玄。毛修之趁机跳水而逃。矢下如雨，桓玄身边太监以身蔽桓玄，皆被射得像刺猬一样，登时身死。就这样，桓玄仍身中数箭，血流不止。他六岁的小儿子桓升一面哭，一面用小手拔去父亲身上的羽箭。益州军士冯迁第一个跳到桓玄船头，提刀直前。桓玄喝道：“你是何人，敢杀天子！”并拔出头上价值连城的玉饰，递向冯迁，暗示求免，冯迁大叫：“我来杀天子之贼耳！”一刀挥下，桓玄头颅落地，时年三十六。
朝廷中，桓谦、桓振仍有安帝兄弟在握。听闻桓玄败亡，桓振提剑怒向安帝吼叫：“臣一门何负国家，而屠灭若是！”安帝呆望桓振，口不能发一言。倒是其弟司马德文连忙向桓振施礼道歉，说：“此事岂是我兄弟之意！”桓振才暂时作罢。见桓玄已死，桓振只得与叔父桓谦重推安帝为主，自为荆州刺史。由于桓振勇武，刘裕派去的大将鲁宗之被打得大败。不久，刘毅等人击败桓玄将领冯该，桓谦逃走，众人迎安帝，晋朝光复。
桓振收拾溃军，复袭江陵，败中取胜，竟能大败东晋宗室司马休之（谯王司马尚之弟）。最后，桓振身边仅剩数十人，仍与晋将索邈大战于沙桥。桓振数战之后，以酒当水，痛饮完毕，又乘醉突阵。晋军齐放箭矢，桓振身中数箭，仍前冲不畏，最后战死沙场。桓谦闻桓振败亡，奔于后秦。后来，他又入蜀，与谯纵等人反晋，为晋将所杀。
桓氏亲族中，只有桓冲之孙桓胤被特赦，徙于新安软禁。但殷仲文等人日后“谋反”，想推立桓胤为桓玄之嗣。事发，桓胤也为晋廷所杀。桓氏一家，烟消云散。
东汉第一代
桓荣：官拜议郎、太子少傅、太常、五更、关内侯。是东汉桓氏经学世家的始源。
第二代
桓雍：桓荣之子，早死。
桓郁：桓荣之子，嗣爵。官拜太常，继承父亲担任帝师。
第三代
桓普：桓郁之子，桓郁死后嗣爵，其爵一直传至曾孙辈。
桓延：桓郁之子。
桓焉：桓郁之子，先后担任光禄大夫、太常、太傅、大鸿胪。
桓俊：桓郁之子。
桓酆：桓郁之子。
桓良：桓郁之子。
第四代
桓衡：桓焉之子。
桓顺：桓焉之子。
桓麟：桓酆之子。
桓鸾：桓良之子，官至议郎。
第五代
桓典：桓顺之子，曾与大将军何进共谋诛灭宦官，官至光禄勋。
桓彬：桓麟之子，著名文学家，与蔡邕齐名。
桓晔：桓鸾之子，以志行闻名于世的名士，最后死于合浦郡的狱中。
东晋先代
桓典生桓范。桓范生桓楷。桓楷生桓颢。桓颢生桓彝。
桓彝父亲桓颢：官至郎中。
第一代
桓彝：东晋散骑常侍、宣城内史。
第二代
桓温：桓彝之子。东晋权臣，曾三度北伐和平灭成汉，官至大司马。桓云：桓彝之子。袭爵，官至江州刺史。
桓豁：桓彝之子。东晋将领，官至征西大将军。
桓秘：桓彝之子。官至辅国将军、宣城内史。桓温临死时与桓温子桓熙和桓济合谋杀死将接掌桓温兵众的桓冲。事败后被朝廷弃用。
桓冲：桓彝之子。桓彝幼子，有武干，受桓温器重。官至车骑将军。
第三代
桓熙：桓温长子。初被立为世子，但因才能不高，桓温将兵众都交给桓冲。桓温临死时曾与桓济和桓秘谋杀桓冲，失败后被徙至长沙。
桓济：桓温之子。与桓熙谋杀桓冲失败，被徙至长沙。
桓歆：桓温之子。封临贺公。
桓祎：桓温之子。愚笨，五榖不分。
桓伟：桓温之子。东晋将领，官至安西将军、领南蛮校尉、荆州刺史、使持节督荆益宁秦梁五州诸军事。
桓玄：桓温幼子。袭桓温爵。东晋官至相国，后篡位建立桓楚。最终被刘裕所主持的讨伐军击败并被杀。桓伯子：桓温次女，嫁王愉。
桓氏：桓温之女。嫁王裕之。
桓序：桓云之子。宣城内史。
桓权：桓石康之兄。
桓石虔：桓豁之子。东晋将领。
桓石秀：桓豁之子。博览群书，喜好老庄，不贪荣誉爵位，亦擅长骑射。
桓石民：桓豁之子。东晋将领。曾派兵击杀苻丕。
桓石生：桓豁之子。东晋官员。
桓石绥：桓豁之子。东晋官员，后投桓玄。桓玄败死后被杀。
桓石康：桓豁之子。东晋将领。
桓石松：根据名字推测应为桓豁之子。桓振、桓亮等死后，呼应殷仲文等人，欲拥立桓胤再起。
桓女幼：桓豁之女。嫁予颍川庾宣，她曾向桓温求情，令其丈夫免于被杀。
桓蔚：桓秘之子。散骑常侍、游击将军。桓玄后封其为醴陵王。
桓嗣：桓冲之子。官至江州刺史。
桓谦：桓冲之子。受桓玄倚重。桓玄败死后投奔姚兴，后被杀。
桓脩：桓冲之子。东晋将领，官至右将军。桓玄篡位后任抚军大将军。后被刘裕主持的讨伐军杀害。
桓崇：桓冲之子。
桓弘：桓冲之子。
桓羡：桓冲之子。
桓怡：桓冲之子。
第四代
桓亮：桓济之子。桓玄败死后，自号江州刺史，后来又自号镇南将军、湘州刺史，最后战死于益阳。
桓洪：桓石虔长子。襄城太守。
桓振：桓石虔之子。桓玄篡位败死后曾攻陷江陵劫持晋安帝，后在与刘怀肃的作战中被杀。
桓诞：桓石虔五子。嗣爵。
桓稚玉：桓石秀之子。嗣爵。后获桓玄封为临沅王。
桓胤：桓嗣之子。嗣爵。累任秘书丞、中书郎、秘书监。桓玄后任其为吏部尚书。
桓升：桓玄之子。封豫章王，桓玄死后亦被捕，于江陵被杀。
桓浚：桓玄兄子。
其他族人桓希：桓玄篡位之后，任梁州刺史。后被益州刺史毛璩杀于汉中。
桓山客：桓楚之辅国将军。
桓放之：受桓振封为益州刺史。
桓珍：桓楚之辅国将军。
