他自任丞相及荆江徐三州刺史，以桓伟出任荆州刺史、桓修为徐、兖二州刺史、桓石生为江州刺史、卞范之为丹阳尹、桓谦为尚书左仆射，分派桓氏宗族和亲信出任内外职位。
自己又另外加衮冕之服，增班剑至六十人，剑履上殿，入朝不趋，赞奏不名的礼遇。
此时的桓玄，可谓是风光到了极点！但是，他认为还有更高的极点，那就是——做皇帝！
大亨元年（公元403年），桓伟去世，这是桓玄一直亲仗的人。桓伟死后，桓玄感觉到孤危，觉得要赶紧实现自己的梦想，开始显露不臣之心。
桓玄亲信殷仲文及卞范之劝说桓玄早日篡位，连朝廷加授桓玄九锡的诏命和册命都暗中写好。
这些都是他父亲桓温想做而又没做到的事！
桓玄决定先封王，再篡位！
他封自己为楚王，加九锡，并置楚国国内官属。
他的这些做法，真的是司马昭之心，路人皆知！谁都知道桓玄早晚篡位！
庾仄看见桓玄要篡位，当下起兵七千人反对桓玄，他趁着接替桓伟的荆州刺史桓石康尚未到位，袭取了襄阳，登时震动江陵。
他几千人，自然是成不了气候。
桓石康带领人马，很快就把他平定了。
桓玄看到有人发对自己，当下假意上表归藩，却又自己代朝廷作诏挽留自己，真是演戏好手，把朝廷当做了演戏的舞台。
同时，为了让天下百姓认为自己是有天命的，当下命人四处报告祥瑞出现。
大亨元年（公元403年）十一月，桓玄觉得没必要再演戏了，当下加自己的冠冕至皇帝规格的十二旒，又加车马仪仗及乐器，也达到皇帝规格，再以楚王妃为王后，楚国世子为太子。
十一月十八日，由卞范之写好的禅让诏书让命临川王司马宝逼晋安帝抄写。
二十一日，由兼太保、司徒的王谧手奉玺绶，将晋安帝的帝位禅让给桓玄，并迁晋安帝至永安宫，又迁太庙的晋朝诸帝神主至琅邪国。
这时，再让百官到姑孰劝进。
桓玄又装模作样，假意辞让。
官员们坚持劝进，一定要桓玄做皇帝。
桓玄见表演得差不多了，当下筑坛告天，于十二月三日正式登位为帝，并改元“永始”，建立桓楚政权。
他篡位以后，骄奢荒侈，游猎无道，通宵玩乐。即使是桓伟下葬的日子，桓玄在日间哭丧但夜晚就已去游玩了，有时甚至一日之间多次出游。同时又兴修宫殿、建造可容纳三十人的大乘舆。
百姓们疲惫困苦，民心思变。
这时，北府旧将刘裕、何无忌与刘毅等人准备着举义兵讨伐桓玄。
永始元年（公元404年）二月二十七日，刘裕等人正式举兵，并成功夺取了京口和广陵，镇守两地的桓修和桓弘都被他杀了。
刘裕率义军进军至竹里，桓玄忙加桓谦为征讨都督。
桓谦请求桓玄派兵攻打刘裕，但桓玄惧怕刘裕兵锐，打算屯兵覆舟山等待刘裕，杀他个措手不及。然后，坚守不出，而对方求战不得，便会自动散走。
真是愚蠢之极的计策！
因为桓玄的人马多过刘裕的人马，守着城不和人家打，看似高明，却错过了最佳战机。
桓谦看到了战机，坚持要率兵去攻打。桓玄无奈之下，就派了顿丘太守吴甫之及右卫将军皇甫敷率兵去迎击。
结果二人皆在与刘裕作战中战死。
桓玄大惊，做出一个更愚蠢的决定：召见一众会道术的人作法，试图用法力灭了刘裕！
打战靠神棍，不死就被困！
真是愚蠢的做法！
桓玄打战靠神棍，想要胜利，真是只能求老天给运气了！
桓玄看到法术不起效果，当下命桓谦、何澹之屯东陵，卞范之屯覆舟山西，埋伏了二万兵，打算用出其不意的法子击败刘裕。
哪里知道刘裕早有准备，他到了覆舟山之时，故设疑兵，令敌方以为自己的兵力众多。
桓玄本想打得刘裕措手不及的，如今自己的士兵见刘裕士兵众多，都不敢动手了！
刘裕的兵大多是北府军出身，作战英勇，加上桓玄的军队对他们心有惧怕，所以，刘裕很快击溃了桓谦人马。
桓玄在派桓谦等抵抗刘裕时，心中已经做好逃跑的准备，命殷仲文准备船只。如今一见桓谦失败，立即与一众亲信西走。
他逃跑得慌张，一天没有进食。随行人员就进糙米饭给桓玄吃，桓玄吃惯了山珍海味，哪里吞得下去？
他年幼的儿子桓升，看见桓玄这样，便抱着桓玄抚慰他，这更令桓玄忍不住心中悲伤。
他废帝自立的时候，可从没想过会有这样的下场！
桓玄没办法，只有继续逃跑。他跑到五月二十三日，这才逃回到老巢江陵。