丁未三年三月，晉兵前望夔關不遠，桓溫在馬上觀看，但見前麵沿江旁山，一陣殺氣騰起。溫勒馬不進，言曰：“三軍不得前進，前麵必有埋伏。”隨令三軍，倒退十裏之外地勢空闊之處排開，以備交戰。使戰馬萬餘騎，前去細探，回報：“無軍。”桓溫不信，下馬登高望之，殺氣從地而起。溫又使人仔細探著，回報：“江邊止有亂石七八十塊堆著，並無軍馬。”
桓溫深疑，尋土人問之。須臾尋到數人，溫問亂石作堆何故？
土人告曰：“吾聞老者雲：亂石乃諸葛丞相入蜀之時，特來此處運石，壘成陣勢於沙灘之上，常有氣從內起，此處地名魚腹浦也。”桓溫聽罷，上馬引數十騎，來看亂石，乃立在山坡上，向下觀看，四麵八方，皆有門戶。其石皆八行，行相去二丈。
時諸將皆不識也，不識者乃笑曰：“此惑人之術耳！有何異哉？”惟桓溫曰：“此乃‘八陣圖’也，內按常山蛇勢，誰謂陸遜不困此也？”遂引從騎下山坡，直入石陣中觀看。看時，日且將墜，但見怪石嵯峨似劍，重疊如山，江濤洶湧，卻似戰鼓之聲。桓溫觀罷，讚歎不已，引兵直過。史官有詩讚八陣圖曰：
孔明施妙用，布陣向沙堤；
已許桓溫識，先教陸遜迷。
江聲喧鼓角，山景吐雲霓；
廟貌今猶在，應須不用疑。
卻說桓溫軍至袁衣縣，李勢聞知大驚，遣將軍咎堅率大兵，趨合水以拒之。諸將進計曰：“今晉兵大至，地理必疏，宜設伏兵於江南，待其過半擊之，則溫可擒矣。”咎堅曰：“桓溫能博，彼必料伏，安能破之？不如先引兵向犍為處以抗之，可保萬全。”乃引眾向犍為。
溫兵先至彭模，桓溫聞漢以堅為將向犍為，集諸將商議。
時諸將議欲分兩道兩軍並進，以分漢兵之勢。袁喬曰：“不可！今懸軍深入，當合勢齊力，以取一戰之捷。萬一偏敗，大事去矣！不如全軍而進，棄此釜甑，持三日糧，以示士卒無還之心，勝可必矣。”
溫從之，依計而行。留後軍孫盛將羸兵二千守輜重，自率步卒二萬，直指成都。溫進，遇漢將李權，溫大罵：“無端匹夫，今領大兵百萬，猛將千員，已入巢穴，為何不降？猶敢抗拒！”權與溫將袁喬戰，喬佯敗而走。權追五裏，炮聲起，伏兵齊出，權兵大敗，望山而走。桓溫催軍追殺，三戰三捷，漢兵走散。咎堅兵至犍為，方知為溫軍從異道至成都之十裏陌者矣。咎堅急領軍還，堅眾自潰，不敢交鋒。漢王勢見溫軍至近，乃悉集眾將出戰，兩下皆至笮橋。二軍會戰，溫前鋒不利，矢石及至溫馬首，眾懼欲退，而鼓吏驚慌，誤鳴進鼓。袁喬拔劍親督率士卒力戰，十餘合，大破之。漢兵潰走，李勢勒馬走回城。桓溫乘勝驅兵至成都，縱火燒其城門。漢人惶懼，無複鬥誌。李勢知不能拒，集文武輿櫬麵縛詣溫軍門投降。溫遂引人入城，差人送漢王勢於建康麵君，朝廷詔封李勢為歸義侯。
溫既克蜀，急引漢司空譙獻之等以為參佐，舉賢旌善，蜀人悅之。溫留成都三十餘日，始振旅還江陵。蜀自李特至勢，凡四十六年，至是滅之。
卻說晉後垂簾，論平蜀之功，欲以豫章郡封桓溫，左丞陶蕤言：“溫若複平河洛，將何以賞之？”於是乃加溫為征西大將軍、開府儀同三司，封臨賀郡公。
溫既滅蜀，朝廷憚之。而溫自平蜀之後，雄姿豐氣，自謂其是宣帝、劉琨之儔，諸將將為王敦之比。溫心甚不平，而恨諸將。諸將設一計，使一老婦，偽作劉琨之妓女，入訪桓溫，一見溫潸然而泣。溫問：“汝乃何處婦人，敢來此處發悲？”
老婦答曰：“妾乃劉司空琨之妾，昨見郡公遊街，甚似劉司空，因來訪見，果似無他。令人見鞍思馬，睹物傷情而致悲耳！”
溫聞老婦說其貌似劉琨，心中大悅，即入內再整衣冠，又呼老婦問曰：“吾與劉司空何如？”老婦曰：“麵甚似，恨薄；眼甚似，恨小：肉甚似，恨赤；形甚似，恨短；聲甚似，恨雌。”
溫假悶，喝退老婦，於是內不解帶昏然而睡，不怡有數日。
溫既滅勢，朝廷憚之，晉後亦憚其威，遂問群臣曰：“睹桓溫掌握兵權，恐有異誌，何以製之？”當會稽王司馬昱曰：“今有揚州刺史殷浩，天姿英傑，智識高明，時人號為管、葛，天下聞名，朝野推服。陛下降詔，宣其入朝，使其都督內外諸軍，參綜朝權，足以抗溫。”後然之，於是使人擬詔，詔揚州刺史殷浩入朝，以浩為中軍將軍、假節鉞、都督中外諸軍事，總理六軍。昱引為心膂，參綜朝權，欲以抗溫。由是與桓常相疑貳，浩以王羲之為護軍將軍。羲之以為內外和協，然後國家可安，勸浩不宜與溫構隙，浩不從。