乾元九年冬，劉裕率軍戍守句章城。
孫恩頻繁進攻句章城，每次都被劉裕擊敗。
孫恩北擊海鹽縣，劉裕跟蹤追擊，在海鹽縣城舊址築起城池。
起義軍連日攻城，城內兵力空虛，劉裕就挑選數百人組成敢死隊，都脫掉盔甲，手持短兵器，擊鼓吶喊衝出城。
起義軍遭到震懾，士氣大喪，丟盔卸甲逃散，大帥姚盛被斬。劉裕雖然連戰連勝，但考慮到眾寡懸殊太大，於是假裝棄城而逃，誘使起義軍蜂擁進城。他趁其懈怠，發兵伏擊，大敗義軍。
孫恩轉進渡海，準備突襲丹徒（今江蘇鎮江），聚集部眾達十餘萬。劉牢之還駐山陰，京師震動。劉裕聞訊，日夜兼程，與起義軍同時抵達丹徒。
當時起義軍和北府軍眾寡懸殊，又加上長途急行軍十分疲憊，而丹徒守軍又無鬥志。孫恩率兵數萬，攻打蒜山，遭劉裕部猛攻而大敗，跳崖投水而死者甚眾。
東晉朝廷加劉裕為建武將軍、下邳太守。
乾元十年春劉裕率領水軍追擊至鬱洲，又大敗孫恩，迫使其南逃。
劉裕在海鹽再度擊敗孫恩。自此，他三戰三捷，俘虜義軍數以萬計，而義軍遭遇“饑饉疾疫”，死亡過半，從浹口撤至臨海。
孫恩畏懼被擒，於是在臨海（治章安，今浙江臨海東南）投海而死。
孫恩起兵，消耗了晉廷兵力，造成京防空虛，這給盤踞長江上游軍事重鎮荊州、虎視三吳的桓玄以可乘之機。
而北方燕國在不斷的積蓄兵馬糧草……
孫恩死後，餘眾推其妹夫盧循為主。盧循率義軍殘部南下，攻佔永嘉（治永寧，今浙江溫州）、晉安（今福建福州）等地。
東晉為安撫地方，任盧循為永嘉太守。盧循表面應允，但仍不斷進攻沿海郡縣。
乾元十年夏劉裕東征，討伐盧循。
是年冬劉裕敗盧循軍於東陽（治長山，今浙江金華）。盧循逃往永嘉，再為劉裕追敗，部將張士道也被殺。劉裕一路追擊至晉安，盧循渡海南逃。
劉裕因功被加封為彭城內史。
乾元十一年：
以尚書令司馬元顯為驃騎大將軍、征討大都督、都督十八州諸軍事，加黃鉞，又以鎮北將軍劉牢之為前鋒都督，前將軍譙王尚之為後部，因大赦，改元，內外戒嚴；加會稽王道子太傅。
江東地區遭受孫恩叛亂，接連鬧起饑荒，水路漕運斷絕，糧草輸送不上。桓玄封鎖整條長江航道，水上商路全部中斷，朝廷與地方府庫全都物資枯竭，軍中士兵只能用麩皮、橡子充飢。
桓玄認為東晉朝廷眼下內外憂患纏身，定然沒有餘力出兵討伐自己，正好藉機積蓄兵力，觀望時局變化。
等到朝廷討伐他的大軍即將出發時，桓玄堂兄、太傅長史桓石生偷偷寫信把訊息告知桓玄。桓玄得知後十分驚慌，打算收攏全部兵力固守江陵。
長史卞範之勸他說：“主公威名震懾遠近，司馬元顯不過是個乳臭未乾的少年，劉牢之早已失去人心。我們若是率軍直逼京城近郊，向朝野擺明利害，東晉百官百姓定會立刻土崩瓦解，用不了多久就能拿下建康。怎能主動等著敵軍打到境內，讓自己陷入絕境呢？”
桓玄採納了他的計策，留下桓偉鎮守江陵，一面上奏朝廷、一面傳佈檄文，逐條羅列司馬元顯的罪狀，親自領兵順江東下。
驃騎大將軍司馬元顯率軍西討桓玄，桓玄也率荊楚大軍南攻司馬元顯。司馬元顯派劉牢之抵禦，劉裕也隨軍前往。
劉牢之率部到達溧州（今江蘇溧陽）時，遭遇桓玄所部，劉裕請求發起攻擊，未得同意。
劉牢之打算派劉敬宣到桓玄營中講和，遭到劉裕與劉牢之的外甥何無忌聯袂堅決諫阻，劉牢之不聽。桓玄攻入建康（今江蘇南京），殺司馬元顯，收奪劉牢之兵權，以其堂兄桓修代之。
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