桓玄独揽政权之后，废除了元兴年号，恢复隆安年号，不久又改元大亨。
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。
冯该劝桓玄整顿人马再战，但桓玄早已没有斗志，只想投奔梁州刺史桓希。
次日，桓玄还没出发，江陵城中就大乱了。
桓玄赶紧与心腹数百人出发，到城门时，随行有人要暗杀桓玄，但没有杀到，于是彼此厮杀。
桓玄勉强登船，身边人员因乱分散，只有卞范之跟随在侧。
桓玄正打算到梁州治所汉中时，但老天再也没有给运气给他了
人在倒霉的时候，只会更加的倒霉所谓祸不单行也
当时，正值宁州刺史毛璠去世，益州刺史毛璩派了侄孙毛祐之及参军费恬等领数百人送毛璠丧到江陵，哪里知道刚好和桓玄相遇上了
他们一看立功的机会来了，当下也不管毛璠的丧礼，直接进攻桓玄
一时间，箭矢如雨，桓玄宠信的丁仙期、万盖等都为桓玄挡箭而死。
益州督护冯迁跳上桓玄的坐船，杀桓玄的机会就在眼前了
他抽刀向前，就要杀桓玄
桓玄忙拔下头上玉饰递给冯迁，说：“你是什么人，竟敢杀天子”
他以为，用玉饰可以换取自己性命。
冯迁对桓玄的废帝自立，做了那么多人神共愤的事，早就愤慨，如今杀他的机会在眼前，哪里会错过举起刀，喝道：“我这只是在杀天子的叛贼而已”说着，一刀下去，把桓玄杀了
桓玄此时，不过三十六岁而已。
桓玄死后，他的头颅被传至建康，挂在大街上，百姓们看见后都十分欣喜。
桓玄，做人做到死了让百姓们这么高兴，也不枉此生了起码，用自己的人头，逗乐了不少人