皇甫敷率領幾千人迎戰劉裕，寧遠將軍檀憑之陣亡。劉裕驍勇善戰，勢如破竹。皇甫敷的士兵把劉裕圍住，圍得水泄不通，劉裕背靠一棵大樹繼續戰鬥。
皇甫敷說：“你打算怎麼死？”拔出長戟準備刺他，劉裕怒目圓睜。皇甫敷退後，不敢上前。
此時剛好劉裕的屬下趕來救援，射中皇甫敷的額頭，皇甫敷掉下馬來。劉裕提刀上前，皇甫敷說：“你順應天命，必定能勝利。我想把子孫托付給你。”劉裕殺了他，又派人撫慰他的遺孤。
初二，劉裕的部隊吃完飯，扔掉糧食，進軍到覆舟山以東。劉裕派一些羸弱的士兵登到山上，讓對方誤認為自己兵力弱小，以此來造成對方的錯覺。然後又分成幾路一起前進，士兵一時布滿了山穀。
桓玄派出的探子回去後說：“劉裕的軍隊遍布整個山上，無法估算其數量。”桓玄更加恐懼，派武衛將軍庾賾之率領精銳部隊前去增援各軍。桓謙等人的士兵很多都是北府的老部下，素來畏懼劉裕，根本無心打仗。
劉裕與劉毅等人分成幾路，進攻桓謙的軍陣。劉裕身先士卒，將士都浴血拚殺，勇猛無比，士氣極盛。當時東北風刮得很急，劉裕放火焚燒敵陣，濃煙烈火直衝雲霄，喊殺聲震動京縣，桓謙等各路軍隊落荒而逃。
桓玄雖然派出部隊迎戰劉裕，可以已想好了退路。他暗中派領軍將軍殷仲文在石頭城準備好船隻。聽說桓謙等人已經慘敗，就率領親信部下幾千人，假稱親自掛帥去征戰，然後帶著他的兒子桓升、侄兒桓浚從南掖門逃走。
路上剛好遇到前相國參軍胡藩，胡藩攔住他說：“現在還有800名羽林軍的弓箭手，都是講義氣的舊部，受過桓家幾代人的大恩。現在正是他們報恩的時候，陛下就這樣丟下他們，還想到哪裏去呢？”桓玄沒有回答，隻是用馬鞭指了指天，隨即走了。
桓玄向西趕到石頭城，與殷仲文等人登船沿著長江向南逃跑。桓玄整日沒有吃一粒米飯，隨從給他端來粗糙的米飯，他也咽不下去。桓升抱著父親撫摩他的胸口，桓玄悲慟不已。
劉裕進入建康，王仲德抱著王元德的幼子王方回，站在路邊等候。劉裕接過王仲德懷中的王方回與王仲德一起痛哭。劉裕追任王元德為給事中，任命王仲德為中兵參軍。劉裕留守在之前桓謙的帳中，派劉鍾據守東府。
初三，劉裕在石頭城駐紮，安置了地方縣衙的官員機構；在宣陽門外，將桓溫等人的牌位焚毀，重新設立晉朝的先帝牌位，送到太廟供奉。
接著誅殺了留在建康的桓玄宗族中的人，然後派將士繼續追捕桓玄；並且派尚書王嘏率領百官前去奉迎皇帝車駕。
劉裕派臧熹進入皇宮，收檢圖書、器物，關閉府衙倉庫。其中有很昂貴的樂器，劉裕問臧熹：“你可以帶走一些。”
臧熹嚴肅地說：“皇上被逼流亡，將軍首倡大義，為王室鞠躬盡瘁。我雖然不能像您那樣，卻也無心彈奏樂器。”
劉裕笑著說：“我隻是和你鬧著玩罷了。”
桓玄兵敗被殺
晉元興三年（公元404年）三月，桓玄從建康逃出，逃到尋陽，郭昶之救濟了他一把。十四日，桓玄把晉安帝司馬德宗帶在身邊作為護身符，一起逃向西邊，劉毅統率何無忌、劉道規等幾支軍隊窮追不舍。桓玄留下龍驤將軍何澹之、前將軍郭銓與郭昶之一起據守湓口。
桓玄在路上親自撰寫《起居注》，敘述討伐劉裕的經過，自認為戰略英明，隻是手下的軍隊違背自己的指揮調度，所以才打了敗仗。桓玄全神貫注地寫這些，根本沒時間與百官將領們議論時事。《起居注》寫完以後，又向世人展示。
四月初三，桓玄挾持安帝來到江陵，桓石康收留了他們。桓玄再次設立百官機構，任命卞範之為尚書仆射。自從失敗逃跑以來，桓玄擔心群臣不服從自己，就加重了刑罰的力度，鬧得人心背離，怨聲四起。
殷仲文勸他，桓玄生氣地說：“現在由於這些將領沒有作戰才能，老天也不保佑我們，所以我們才回到楚國舊都來。但是這些小人卻還妄加議論，應該用刑罰進行整頓，絕不能用寬容的態度對待他們。”