成汉政权是流民起义首领李雄在巴蜀所建立的，到李雄晚年，他将皇位传给了侄子李班。原来，在李雄年轻时，带兵打仗，头部受过伤，到老时，创伤突然复发，化脓溃烂，伤势越来越重。他的儿子们见父亲头部化脓溃烂，腥臭难闻，都躲得远远的，只有他的侄子李班耐心地服侍他。李雄见李班忠厚孝顺，便把皇位传给了他。可李雄的儿子们绝不会善罢甘休，李班在位不到一年，就被李雄大儿子李越给杀了。李越自己不敢做皇帝，便把他的小弟弟李期推上了皇帝的宝座。李期杀了二哥李霸、三哥李保，又将堂叔李寿的养弟李攸毒死，这引起李寿的不满，他起兵推翻了李期，自己称皇帝，并且杀死李期和李雄的其他子孙。成汉政权在宗室互相残杀中日益腐败下去。李寿即位后，把大成国改称汉国，所以历史上称李氏的政权为成汉。李寿称帝后，大兴土木，奢侈腐化，人民负担沉重，有的再次成为流民。李寿死后，其子李势即位，他更是残暴无比，只要他见到谁的财产多，谁的妻子长得漂亮，便找个借口把这人杀了，把财产和妻子据为己有。他重用小人，不许任何人给他提意见，老百姓和大臣们对他恨之入骨。李势依靠蜀地势险要，整日花天酒地，不做任何防备。347年三月，桓温率大军进攻成汉，顺利地攻占了成汉的都城成都，李势举手投降，成汉政权历时44年，至此而亡。
桓温消灭成汉，威信大增，桓温便提出要求北伐。当时，后赵石虎死，石氏子弟为争夺皇位而大相残杀，后赵统治摇摇欲坠，中原一片混乱。
349年六月，桓温乘机出屯安陆，并派将领经营北方，他上疏皇帝，要求率军北伐。这时后赵扬州刺史王浃也举寿春降晋，整个形势对东晋十分有利。但东晋政府害怕桓温势力过分强大，难以控制，威胁到皇权，不同意桓温亲自北伐，却派征北大将军、康帝褚皇后的父亲褚裒率众三万，进行北伐。褚裒率大军进驻彭城（今江苏徐州），北方老百姓蜂拥而至，每年投奔褚裒军队的都数以千计。北方群众翘首以盼，等待北伐大军的到来。时鲁郡山有五百多家老百姓起兵，要归附东晋，请求褚裒的支援。褚裒派督护徐龛前去迎接，结果在代陂被后赵军队打败，死伤大半。褚裒吓得逃回广陵，据守寿春的大将也烧毁军粮器械逃回。当时，黄河以北二十多万老百姓想渡河归附东晋，褚裒弃之不管，这些人被慕容皝和苻健的军队攻击，死亡殆尽，造成一次民族大灾难。褚裒也因北伐失败，忧愤而死。
褚裒死后，桓温再次提出要北伐，朝廷不同意，却派陈郡大族、扬州刺史殷浩为都督扬、豫、徐、兖、青五州诸军事，继续进行北伐。
殷浩受命后，就以收复中原为己任，派将领在江西开辟千顷良田，进行军粮储备。352年（永和八年），殷浩率军从寿春出发，正式进行北伐。因前锋谢尚被前秦将领打败，殷浩只好退回寿春。353年（永和九年），殷浩再次率众七万，从寿春北伐，想打到洛阳，修复皇家园陵。他以羌族酋长姚襄为先锋，又担心姚襄势力太大，对自己不利，屡次派刺客到姚襄军营中去行刺，结果姚襄临阵倒戈，殷浩军队大败，北伐中止。
殷浩连年北伐，屡战屡败，伤亡惨重，引起朝野上下的不满，桓温趁机弹劾殷浩的罪状，朝廷没办法，只好废殷浩为庶人。
殷浩被废后，桓温已完全掌握了朝廷内外军政大权，朝廷再也无法阻挡他北伐了，桓温就开始实现他的宿愿。
354（永和十年）二月，桓温率步兵骑兵四万，从江陵出发，出淅川（今河南淅川县均水），进攻关中苻健的前秦政权。另一路又派江陵水军进入均口（今湖北均县），至南乡，配合作战；还派梁州刺史司马勋出子午道（从关中到汉中的南北通道），进攻前秦。三路大军直扑前秦，桓温军队一路势如破竹，在蓝田和白鹿原两次大败前秦军队，一直打到长安东面的灞水。后秦主苻健派大司马雷弱儿率领全部精兵三万迎击晋军，自己只留下五千老弱病残的士兵，修筑深沟壁垒，死守长安城。当时，长安附近的老百姓久在胡族统治下生存，饱尝了战乱的痛苦，见桓温的军队打到灞上，他们万分高兴，纷纷拿着酒肉在路上迎候桓温。
桓温驻军灞上，没有乘胜继续进攻，采取观望等待的策略。一方面是军饷方面发生了困难，当时关中地区的春小麦马上就要成熟，桓温想等小麦熟后，收割关中小麦做军粮；另一方面，桓温北伐也有他私人的目的，他想以北伐来提高自己的威信，好进一步夺取司马氏政权。这一点，关中有识之士王猛看得非常明白。他曾到桓温军中去见桓温。他身穿粗布短衣，坐在那里，一面捉身上的虱子，一个一个地把它们挤死，一面侃侃而谈，分析着当前的形势。他从容沉着，旁若无人。桓温觉得他是个奇才，便问他：“我奉天子的命令，率精锐部队十万人，前来为关中人民除害，可关中地方的英雄豪杰至今还没有人来见我，这是什么缘故呢？”
王猛答道：“公不远千里而来，深入敌境，现在长安近在眼前，而公却不渡过灞水去进攻长安，大家看不透您的心思，所以不来投奔您。”
桓温见王猛才智过人，便想重用他，带他南下，而王猛没有同意，后投奔前秦苻坚的旗下，成为前秦著名的良相。
就在桓温犹豫之际，苻健将关中所有未成熟的麦苗全部割下，实行坚壁清野政策。桓温见军粮已没有着落，只好退兵。当走到白鹿原的时候，又被苻健大将苻雄大败，损伤一万多人。桓温只好将关中三千多户人家南迁，退还到襄阳。桓温的第一次北伐就这样结束了。
356年（永和十二年），桓温进行了第二次北伐。当时逗留在河南许昌一带的羌族酋长姚襄又进攻洛阳，桓温便再次从江陵出发，进行北伐。在伊水一带，屡败姚襄军队，姚襄率数千名骑兵向西逃走，桓温收复了洛阳。桓温进驻洛阳后，上疏给东晋皇帝，建议将都城从建康重新迁回故都洛阳，并让永嘉之乱后渡江南下的官员和百姓重返自己的家园。桓温的建议在朝中引起哗然，那些从北方南渡的门阀大族们坚决反对桓温的建议。北方虽然是他们的故乡，可是他们来到江南已数十年，已重新建好新的庄园，生活已安定下来。所以，他们宁愿朝廷偏安江南，过着苟且安逸的生活，也不愿意回到战乱纷纷、经济残破的北方。从太原南迁的北方士族孙绰就反对桓温迁都，他说：“晋末永嘉之乱以来，已经六十多年了，中原的河、洛地区已成废墟。南迁的北方士民，在江南定居也已经数代了，活着的人子孙繁衍，死了的人坟垄成行。一旦要他们离开江南，他们在南方的田宅在仓猝时间内卖不出去，同时，北行所用的船、车也没有人为他们准备。让他们舍弃江南的安乐之乡，返回到动乱的北方去，这的确是政府和决策者们应该慎重考虑的事情。”
孙绰的一番话代表了门阀大族们的心声，他们反对北伐，甚至主张以长江为界，放弃长江以北的广大地区。如王导从子王羲之，是著名的书法家，他就认为，南北以淮河为界已经不行了，干脆以长江为界罢了。大族们的这种苟且偷安的思想严重地影响了历次北伐，使北伐难以成功。
桓温见自己的建议被否定，桓温也不愿意留在洛阳继续北伐，为了更好地控制东晋朝政，他返回都城建康，留下一些将领守洛阳。365年（兴宁三年），北方慕容鲜卑所建政权前燕将领慕容恪攻下洛阳，桓温北伐所收复的地区再次丢失。
369年（太和四年），桓温进行第三次北伐。当时，东晋管辖下的河南许昌、汝南、陈郡、洛阳等地先后被前燕所占领，并且前燕势力越来越强大，要向西进攻关中地区。四月，桓温率军五万，从姑熟出发，进行北伐，打击前燕的嚣张气焰。由于反攻北方的基地河南失守，桓温北伐大军只好走今山东境地。当他们到达金乡（山东金乡）时，天气已十分炎热，干旱少雨，运送军粮的河道已经干涸，军队给养出现了问题。为解决军粮漕运，桓温下令在山东境内开凿了一条长三百多里，贯通汶水与黄河的运河，史称这条运河为“桓公渎”。这样，从江淮运粮的船只可以由水路，直接运到枋头（河南浚县）。前燕将领慕容垂、傅末波等率军八万与桓温相拒，双方大战于林渚（今河南郑州市境），前燕军大败。这年秋天，桓温进军到枋头，并直逼前燕首都邺城。前燕君臣乱成一团，一面派人向前秦求援，希望前秦从洛阳出兵，牵制晋军；一方面派慕容垂率兵五万迎击，并做好迁都前燕根据地和龙（今辽宁朝阳）的准备。
前燕大将慕容垂是一名智勇双全的大将，他御兵有方，屡次打败桓温的军队。而桓温军队因长时间作战，非常疲乏，所以屡战屡败。这时，桓温军队的粮食给养又发生了问题。
桓温虽开凿了“桓公渎”运输军粮，可进入秋季，北方雨季已过，天气干旱少雨，水位下降，河道干涸，船只无法通行。原来储备的军粮快用光了，而后方的军粮又运不来，没办法，桓温只好退兵。来时走的是水路，现在水路无法通行。桓温没办法，只好把兵船烧掉，并丢弃辎重铠甲，轻装由陆路退兵。大军自东燕县（河南延津）经仓桓（河南开封），步行七百多里，到了襄邑（今河南睢县西）。慕容垂见桓温由陆路退兵，预料到桓温必走襄邑，便令慕容德率一支精悍骑兵四千人埋伏在襄邑东涧中，自己则率八千骑兵在桓温大军后面跟踪前进。当桓温军队进入襄邑时，慕容垂和慕容德同时进攻，前后夹击，桓温军队大败，死亡三万多人。当桓温军队退逃到谯（今安徽邑县）时，又遭到前来援助前燕的前秦军队的阻击，晋军又死亡一万多人。这样，桓温的第三次北伐以彻底的失败而告终，东晋所收复的淮河以北的土地又重新丧失，从此以后，桓温就不再北伐了。
东晋的北伐，从祖逖到桓温，由于各种原因，都以失败而告终，所收复的土地也都再次丧失。但北伐是有一定进步意义，它给北方少数民族军事贵族以沉重打击，使他们无力向江南进军，这样就保护了江南地区的和平环境，使江南经济在相对和平的环境中发展，广大的江南人民也能相对地和平生活。
