孝武帝時，桓玄知道當時眾議其父桓溫晚年有篡奪念頭，便上書皇帝指稱桓溫“投袂乘機，西平巴蜀，北清河洛”，有興復的大功，不僅如此，桓溫還有“廢昏立明、翼戴宗廟”的不世之勛，為其父申屈明謗。失意之時，青年桓玄曾登高望遠，嘆息道：“父為九州伯，子為五湖長”（當時他作義興太守的“小官”）。
憑借門第貴顯以及父親名望，桓玄在優遊中縱橫捭闔，文武並下，最終能在東晉的混亂政局中節節而勝，壹步步清滅了殷仲堪、楊佺期、劉牢之、司馬道子父子，終於掌握了東晉朝廷的最高權力。桓玄掌權後，“增班劍為六十人，劍履上殿，入朝不趨，贊奏不名”，已大有權臣跋扈的風範。同時，他又對桓氏族人大加封賞：以其兄桓偉為安西將軍、荊州刺史；以堂兄桓謙（桓沖之子）為左仆射，加中軍將軍，領選（掌管朝中用人權），以堂兄桓石生（桓豁之子）為前將軍、江州刺史；以堂兄桓修（也是桓沖之子）為右將軍、徐兗二州刺史。同時，又委命自己的謀士卞範之為建武將軍、丹陽尹，又命自己的姐夫殷仲文為侍中（此人還是殷仲堪堂弟）。
與前代諸權臣壹樣，大事安排完畢，桓玄出鎮姑孰，但朝中大政皆要他點頭後才可施行，“小事則決於桓謙、卞範之”。桓玄初當政，黜奸佞，擢俊賢，百姓欣然，朝臣推戴。沒過多久，這位名家子弟的真面目暴露出來，“陵侮朝廷，幽擯宰輔，豪著縱欲，眾務繁興，於是朝野失望，人不安業。”不久，桓玄相繼誅殺了高素、竺謙之、劉襲等昔日的劉牢之手下諸將，遇害之人，皆北府舊將，多是晉廷有功之臣。
異己清除的差不多，桓玄“諷朝廷”封自己為豫章公，食邑七千五百戶。接著，他又自導自演，先上詔表示要“北伐姚興”，又自己派人以朝命“下詔阻之”，暴露出他虛榮好大言的輕佻習性。在姑孰，桓玄又造數艘輕巧小船，遍載書畫古玩奇物。有左右問其原因，桓玄說：“兵荒馬亂，倘有意外，這些東西輕而易運。”大家聞之壹笑，心裏皆開始有輕視桓玄之意。
安帝元興二年（公元403年）九月，桓玄親兄桓偉病卒，桓玄想以堂兄桓修代領荊州刺史壹職，為其屬下所阻，說：“桓謙、桓修兄弟專據內外，權勢太重”，於是，桓玄就以堂兄桓石康（桓豁之子）為荊州刺史。
史長病死，桓玄也加快了篡晉的步伐。其左右親信卞範之、殷仲文等人都暗勸他早受晉禪，私下已經把九錫文和冊命準備妥當。元興二年陰歷十月丙子，晉廷以桓玄為相國，總百揆，封十郡，為楚王，加九錫，楚國置丞相以下官。這是篡位第壹步，封王、開府、置官、加九錫。
桓謙私下問來京城述職的彭城內史劉裕：“楚王（桓玄）功高德重，朝廷上下均認為將有禪讓之事發生，卿以為如何？”劉裕馬上表示：“楚王，桓宣公（溫）之子，勛德蓋世，晉室衰微，民望已移，乘運禪代，有何不可！”桓謙大喜，“卿謂之可，即可耳！”其實，早在來京之前，劉裕與高參何無忌就想在山陰起兵討桓玄，但當地人孔靖勸他：“山陰離建康道遠，舉事難成。現在桓玄未篡位，不如待其篡位之後，於京口起兵紂之。”劉裕期待的，就是桓玄的篡位事成的那壹天。梟雄氣度，自是不與凡人相同。
十壹月，桓玄又假惺惺“上表請歸藩”，同時，他又派人讓大傻子安帝“手詔留之”。
桓玄還到處使人散布錢塘臨平湖開、江州甘露降這樣的“符瑞”，宣示自己登帝位的“吉兆”。和王莽壹樣，才子出身的桓玄又想在國內廢錢用谷帛作交換單位，恢復肉刑，“制作紛紜，誌無壹定，變更回復，”最終壹件事也沒辦成。和古今大貪壹樣，桓玄喜好古人書法、圖書、名宅腴田，只要聽說別人有他喜歡的東西，必把對方請到府中，以賭博的方式取為己有。試想，和桓玄賭博，誰敢不輸啊。桓玄“尤喜珠玉，未嘗離手”，數世貴公子，竟然天天壹把名貴首飾握在手心，把玩不已。各項工作準備就緒，公元403年陰歷十壹月丁醜，卞範之作“禪詔”，派臨川王司馬寶逼安帝照描畫虎抄壹遍，禪位於桓玄，“百官詣姑孰勸進”。十二月庚寅，桓玄築壇於九井山。壬辰，即皇帝位，追尊桓溫為宣武皇帝，桓溫正妻南康公主為宣武皇後，封其子桓升為豫章王。