被诛杀，何况是为凶狠愚蠢的人效力呢！您如今战胜桓玄会满门抄斩，战败也会全族覆灭，想靠这种处境求得安全，可能吗？不如彻底改变主意，这样就能长久保全富贵了。古人中，管仲曾射中齐桓公的衣带钩、寺人披曾斩断晋文公的衣袖，后来仍能成为辅佐大臣，何况桓玄与您没有旧怨呢！”当时谯王司马尚之已战败，人心更加恐惧，刘牢之采纳了何穆的不少建议，与桓玄暗中往来。东海中尉东海人何无忌是刘牢之的外甥，与刘裕极力劝谏，刘牢之不听。他的儿子骠骑从事中郎刘敬宣劝谏说：“如今国家衰败危急，天下的重任在您和桓玄手中。桓玄凭借父亲、叔父的基业，占据整个楚地，割据晋国三分之二的领土，一旦放纵他侵犯朝廷，桓玄威望确立后，恐怕难以对付，董卓之乱的局面，就要在今天重现了。”刘牢之发怒说：“我难道不知道这些！如今消灭桓玄易如反掌；但平定桓玄后，让我怎么对付骠骑大将军（司马元显）呢！”三月乙巳朔（初一），刘牢之派刘敬宣到桓玄那里请求投降。桓玄暗中想诛杀刘牢之，却与刘敬宣设宴饮酒，展示名家书画共同观赏，来安抚取悦他；刘敬宣没有察觉，桓玄的下属官员们都相视以目，暗含嘲讽。桓玄任命刘敬宣为咨议参军。
司马元显正要出发，听说桓玄已到新亭，便弃船退驻国子学。辛未日，他在宣阳门外列阵。军中突然骚动，传言桓玄已到南桁（朱雀航），司马元显率军想退回宫中。桓玄派人拔刀跟在后面大喊：“放下武器！”士兵们全部溃散，司马元显骑马逃入东府，只有张法顺一人骑马跟随。司马元显向司马道子询问计策，司马道子只能对着他哭泣。桓玄派太傅从事中郎毛泰抓获司马元显，押送到新亭，把他绑在战船前数落罪名。司马元显说：“我是被王诞、张法顺耽误了啊。”
壬申日，朝廷恢复隆安年号，安帝派侍中到安乐渚慰劳桓玄。桓玄进入京师后，假传诏书解除戒严，任命自己为总百揆、都督中外诸军事、丞相、录尚书事、扬州牧，兼任徐、荆、江三州刺史，加授假黄钺。桓玄任命桓伟为荆州刺史，桓谦为尚书左仆射，桓修为徐、兖二州刺史，桓石生为江州刺史，卞范之为丹阳尹。
起初，桓玄起兵时，侍中王谧奉朝廷诏令去见桓玄，桓玄对他以礼相待。等到桓玄辅佐朝政，便任命王谧为中书令。王谧是王导的孙子。新安太守殷仲文是殷觊的弟弟，桓玄的姐姐是殷仲文的妻子。殷仲文听说桓玄攻克京师，便放弃郡城投奔桓玄，桓玄任命他为咨议参军。刘迈去见桓玄，桓玄说：“你不怕死，还敢来见我？”刘迈说：“管仲射中齐桓公衣带钩、寺人披斩断晋文公衣袖，再加上我，就是三件宽容贤才的事了。”桓玄高兴，任命他为参军。
癸酉日，有关部门上奏称会稽王司马道子沉迷饮酒、放纵无度且不孝顺，应当处以弃市之刑，安帝下诏将他迁徙到安成郡；在建康街市斩杀司马元显及东海王司马彦璋、谯王司马尚之、庾楷、张法顺、毛泰等人。桓修为王诞极力求情，王诞得以被流放到岭南。
桓玄任命刘牢之为会稽内史。刘牢之说：“刚投降就要剥夺我的兵权，灾祸要来了！”刘敬宣请求回去劝说刘牢之，让他接受任命，桓玄派他前往。刘敬宣劝说刘牢之袭击桓玄，刘牢之犹豫不决，移驻班渎，私下对刘裕说：“如今我要向北到广陵投靠高雅之，起兵匡扶社稷，你能跟我一起去吗？”刘裕说：“将军率领几万精锐士兵，却望风投降，桓玄刚得势，威震天下，朝野上下人心都已归附他，广陵怎么能到达呢！我会脱下军服返回京口。”何无忌对刘裕说：“我该去哪里？”刘裕说：“我看镇北将军（刘牢之）必定难逃灾祸，你可以跟我回京口。桓玄如果恪守臣子本分，我们就侍奉他；如果不是，我们就想办法对付他。”
于是刘牢之召集所有僚属，商议占据长江以北讨伐桓玄。参军刘袭说：“最不可做的事就是谋反。将军往年背叛王兖州（王恭），近日背叛司马郎君（司马元显），如今又要背叛桓公（桓玄）；一个人三次谋反，怎么能立足！”说完起身离去，下属官吏大多四散逃走。刘牢之恐惧，派刘敬宣到京口接家人；刘敬宣超过约定时间还没回来，刘牢之以为事情泄露，可能已被桓玄杀害，便率领部众向北逃跑，到新洲时，自缢而死。刘敬宣赶到后，来不及哭泣，便立即渡过长江逃往广陵。将领官吏一起收殓刘牢之的尸体，把灵柩送回丹徒。桓玄下令劈开棺材、砍下首级，将尸体暴露在街市上。
随后，朝廷大赦天下，改年号为大亨。
桓玄辞让丞相及荆、江、徐三州刺史之职，朝廷改授他为太尉、都督中外诸军事、扬州牧，兼任豫州刺史，仍总领朝政；任命琅邪王司马德文为太宰。
司马休之、刘敬宣、高雅之都逃往洛阳，各自派子弟到后秦做人质请求救援。后秦王姚兴给他们符节凭证，让他们在关东招募士兵，招得几千人，又返回屯驻在彭城一带。
孙恩侵犯临海，临海太守辛景击败他，孙恩之前掳掠的三吴地区男女百姓，几乎全部死亡。孙恩担心被官军抓获，便投海自杀，他的党羽及妓妾跟随他自杀的有上百人，号称“水仙”。剩余部众几千人又推举孙恩的妹夫卢循为主帅