盡管此時孫天師的聲勢依然浩大，司馬元顯親自指揮水軍迎擊孫恩，卻連戰連敗，隻得逃回建康，連老牌酒鬼司馬道子都嚇得暫時放棄了喝酒，跑進蔣侯廟整天祈神保佑。但實際上，孫恩已錯過了攻取建康的最好機會，等他慢吞吞地花了數天時間終於到達建康城西的白石壘時，司馬尚之的軍隊已進駐建康，劉牢之已到達新洲（建康北麵長江中的小島），孫恩一度占有的優勢一去不返。
麵對形勢的變化，孫恩知道攻取建康已不可能，隻能乘晉軍對他的合圍完成之前，盡快突圍東走。於是，孫恩未攻建康，而是穿過新洲附近的江麵（不知為何劉牢之沒有阻擊）出長江，由海道向東北方前進，直奔鬱洲（江蘇連雲港東雲台山一帶，當時是一個海島，傳說中西漢初年田橫率五百壯士逃亡之地）。同時分偏師攻破廣陵（今江蘇揚州），殲滅晉軍三千餘人，牽製晉軍追兵。
寧朔將軍高雅之受命窮追孫恩，直至鬱洲。孫天師火了，我就算打不過劉裕，還擺平不了你麼？回師一場惡戰，再次大敗晉軍，生擒高雅之。
晉軍在廣陵、鬱洲連遭敗績的消息讓當朝掌權的司馬元顯很上火，不過更讓他著急的消息來自西邊：已經控製了大半個晉朝的桓玄，聽說孫恩迫近建康，立即調兵調糧，“忠肝義膽”地表示，他對孫恩侵犯帝都的嚴重事態深表關切，要親率大軍前來建康勤王！司馬元顯又不是傻瓜，自然清楚桓玄要是進京，根本沒有好事。兩頭都要命，會稽王世子那幾天真是度日如年啊！幸好孫恩行軍緩慢，劉牢之等趕得及時，才算把他攆跑了。如蒙大赦的司馬元顯連忙以晉安帝名義下詔，褒獎桓玄的忠心，但既然賊寇已經敗退，就不用再興師動眾了！
雖然桓玄一時沒了借口，隻得暫時罷兵。但該來的終究會來，司馬元顯不能不早作準備。目前這種危險的局麵必須打破，為了解除家門口的威脅，不給桓玄東下提供口實，一定得把孫恩從鬱洲趕出去。而要完成這一任務，還有誰比冉冉升起的北府新星劉裕更合適呢？於是在這一年八月，司馬元顯下詔，屢建戰功的劉裕被提拔為建武將軍、下邳太守，正式成為高級將領，並受命組織水軍進攻鬱洲，討伐孫恩。
當初劉裕隻指揮幾百人的時候，孫恩已經不是他的對手，現在劉裕指揮一支像樣的軍隊了，孫天師當然更招架不住。兩軍在鬱洲一番交戰，孫恩戰敗，被迫棄鬱洲南下，被俘虜的晉將高雅之又被劉裕解救了出來。十一月，孫恩退到滬瀆，被劉裕追上，於是第二次滬瀆會戰，孫恩大敗，繼續南撤。接著在海鹽再戰，孫恩又一次被劉裕打敗，再也無力支撐，隻得逃往舟山群島，結束了他最有野心的第四次登陸作戰。
第二次鬱洲會戰、第二次滬瀆會戰、第二次海鹽會戰，三戰下來，孫恩大軍陣亡及被俘達數萬人之多。孫恩雖然號稱十幾萬部眾，但那是所有手下教徒，男女老少拖家帶口一起算的數字，真正能用於作戰的精壯男丁也就幾萬人，經此慘敗之後，元氣大傷，一蹶不振。
從整個孫恩第四次登陸作戰的經過來看，認為孫恩軍不過是一群烏合之眾，不堪一擊的觀點是值得商榷的。其實，除了和劉裕交戰的部分，孫恩與晉朝正規軍的作戰結果其實是勝多敗少，打敗過的晉將前有謝琰，後有袁崧、司馬元顯、高雅之等，不能簡單用無能之輩來看待孫天師。孫恩之所以給人留下無能的印象，隻是因為他太倒黴了，偏偏遇上劉裕！
劉裕因為在此次對付孫恩的卓越表現，名聲和地位都迅速提高，等孫恩逃回海島時，劉裕已越過了眾多老將，在北府軍中的威望僅次於劉牢之了。劉牢之在這次戰事中的表現卻大失水準，行動遲緩，反應遲鈍，無複當年的英勇果敢，給人暮氣沉沉的感覺，也許這正意味著北府軍即將迎來新的時代吧。