射出火箭放起火來。楚船紛紛中箭著火，風助火勢，越來越大，楚軍登時潰敗。桓玄見此情景，再一次指天長嘆道：“這是上天亡我啊！”桓玄乘小船逃走，殷仲文投降晉軍。
桓玄逃回江陵後，苻宏、馮該等將請桓玄整兵再戰。但楚軍上下，大多將士充滿悲觀情緒，就是桓玄也認為上天站在劉裕的那一邊而再無鬥志，打算去漢中投奔梁州刺史桓希。但桓玄出逃的訊息被人走漏，他出發的前一夜，有人趁機發起暴亂，哄搶國家的府庫和沿街商店。桓玄也顧不得整兵鎮壓了，只想快跑，於是帶了三四百親信士兵，連夜從城西出逃。因為走得著急，竟把晉安帝和司馬德文給忘在城中。荊州別駕王康產、太守王騰之兩個人急忙帶著幾百侍衛保護住兩個人。
桓玄船到江陵西南三十里處的枚回洲時，正遇上寧州刺史毛�Ц嶄詹∷潰��＇的哥哥益州刺史毛璩派孫子毛祐之帶著參軍費恬、督護馮遷率八百士兵，護送靈柩歸葬江陵。毛修之是當年陶侃手下名將毛寶的曾孫，是毛�Ш兔�車鬧蹲櫻�聳閉�諢感�那仔攀勘�兇鐾推鐨Ｎ盡Ｃ�拗�緹陀兇僥沒感�男乃跡��砸宦犯�婊感��⒉煥肟�Ｕ饈笨吹矯�業拇�唬�愫痛�先舜蛘瀉簟Ｃ�v之、費恬、馮遷見是毛修之，便問毛修之要去哪裡。毛修之站在船頭大喊道：“逆賊桓玄正在船上，你們快過來殺賊！”
桓玄大驚失色，立刻命人去殺毛修之。毛祐之即命手下的幾個神箭手，射倒七八個去砍毛修之計程車兵。又有箭手去射桓玄，桓玄手下的丁仙期、萬蓋用身子護住他，這兩個人都被射死。
很快毛祐之的船靠了上來，眾士兵紛紛躍上船隻，殺敗桓玄手下人。馮遷將桓玄殺死。時為晉元興三年（404）五月壬午日，桓玄稱帝不足半年，死時年僅三十六歲。卞範之、桓昇等人都被生擒，押送到江陵後斬殺。
毛璩首先得到桓玄被殺的訊息，他趕緊率兵進入漢中，假稱護送桓玄到了，請桓希出城迎接。桓希出城後被毛璩斬殺。這時，劉毅也率兵進入江陵，以江陵為根據地出兵剿滅桓玄的餘黨，在溳川擊敗桓振，在石城擊敗馮該，在湘中擊敗苻宏，並把三人殺死。桓謙、何澹之等人逃到後秦。這時已經是第二年正月，晉安帝回到了建康。皇帝回來後，論功封賞：琅琊王司馬德文為大司馬；劉裕為侍中，車騎大將軍，都督荊、司、梁、益、寧、秦、雍、涼八州諸軍事，並前時揚、徐、兗、豫、青、冀、幽、並八州，合稱十六州都督，領青、徐、兗三州刺史，豫章郡公，統領北府，鎮守京口。這一連串的職務，意味著劉裕掌握了東晉全國的兵權。
劉裕的親信也都身居要職。劉毅為左將軍、豫州刺史，南平郡公；何無忌為右將軍、江州刺史，安城郡公；劉道規為輔國將軍、荊州刺史；毛璩為徵西將軍；毛修之為驍騎將軍，馮遷為漢嘉太守。
這時盧循趁著劉裕和桓玄打仗，攻下廣州，自稱平南將軍，又派姐夫徐道覆攻下始興（今廣東省北部），幾乎佔領了相當於今天廣東省的全境。劉裕正打算派兵去征討，這時益州又有一個叫譙縱的也造反了。
毛璩殺桓希佔領巴蜀之地後，派他的弟弟毛瑾、毛瑗與參軍譙縱、侯暉、陽昧等率三萬巴蜀士兵沿江東而下剿滅桓玄的餘黨。蜀兵都不願意出蜀東征，因此對毛璩很有怨言。侯暉、陽昧遂打算造反並據險佔據巴蜀。但兩個人的威信不如譙縱，這兩個人便找譙縱商量。譙縱堅決不同意，並且逃走。侯暉、陽昧帶兵追上譙縱，把譙縱綁架回來。譙縱寧死不從，甚至趴在地上給兩個人磕頭，肯求辭去這個造反首領職位。侯暉、陽昧乾脆把他綁在車上，然後打著“譙”字旗號，西攻涪城。毛瑾不敵二人，城破被殺。侯暉、陽昧遂推舉譙縱為梁、秦二州刺史。譙縱一看，反也反了，勝也勝了，是死是活，都得往前走了，只好答應作這批造反者的領導。譙縱帶兵進攻成都，營戶（世代服兵役的人及其家屬為營戶，地位要低於平民，歸國家管轄，歸將領役使）李騰開啟城門，叛軍湧入，殺死毛璩、毛瑗以及他們倆的全家。譙縱於是自稱為成都王，並向後秦稱藩。川蜀之地，再次分裂了出去。
劉裕因為剛剛平定了桓玄之亂，國家的經濟實力還很弱，而川蜀路險，遠征也不容易，只好暫時不去管他。盧循佔據廣州等地後，派人向東晉朝廷進貢稱臣，劉裕也因為同樣的原因罷兵，接受了盧循的這種其實是儲存實力的投降，任命盧循為廣州刺史，任命徐道覆為始興相。
東晉義熙三年（407）十二月戊子，劉裕的恩人，揚州刺史王謐病死。劉裕趁機取得揚州刺史的職位，當時這個職位還掌握著京城