公元369年春，东晋大司马桓温率领大军出兖州讨伐前燕。在取得头几场战役的胜利后，前燕启用吴王慕容垂担任主将，于七月在枋头成功拦住了东晋军队的攻势。到九月，整个形势急转直下。到十月，东晋大军不得不退回到山阳。
年底，东晋丞相司马昱和桓温在涂中（今安徽滁州）会晤，商量接下来的措施。朝廷为了安抚桓温，任命他的世子桓熙为豫州刺史、假节。
桓温这次出征时间很久，路上又遇上疾疠，死者十之四五，造成百姓的普遍嗟怨。秘书监太原人孙盛写了史书《晋春秋》，毫无隐讳地记载了桓温伐燕的过程。桓温看了后非常气愤，跟孙盛的儿子说：“我们在枋头确实失利，但也不至于像令尊所写的那样！如果这部史书果然得以发行，自然是有关先生门户的大事！”孙盛儿子当即拜谢道歉，声明自己一定会请他父亲改写。当时孙盛年老在家居住，他性格正直严厉，做事很有轨度。他的子孙虽然有的都已经须发斑白了，但他对待他们却更加严峻。他的儿子们为了这事一道跪在孙盛面前磕头号啕大哭，请他为一家百口人的生计考虑。孙盛大怒，坚决不肯。儿子们便私下把这书改了。孙盛已经先抄写了另外一本，把它传到国外。后来晋废帝千方百计地想购买这原书，最终从辽东人那里得到一本，和当时见世的那本不同，因此两个版本都保存了下来。
公元370年春正月，袁真因为梁国内史沛郡人朱宪的弟弟汝南内史朱斌私下和桓温联系，就把他们都杀了。二月，袁真病故。前燕陈郡太守朱辅立袁真的儿子袁瑾为建威将军兼豫州刺史，让他保卫寿春，同时派儿子朱乾之和司马爨亮到邺城去请求正式任命。前燕结果任命袁瑾为扬州刺史，朱辅为荆州刺史。
三月，前燕和前秦都派兵援助袁瑾，桓温派遣督护竺瑶和乔阳之等人带兵和水师一道去进击袁瑾。当时燕军已经来到，竺瑶等人和他们在武丘大战，把他们打败。南顿太守桓石虔攻克了寿春的南城。
桓石虔是桓温弟弟桓豁的儿子，字镇恶，很有才干，矫健敏捷，无以伦比。他跟从父亲在荆州，有一次在围猎中见到一只猛兽中了数箭倒在那里，各位督将一贯知道他的勇敢，便开玩笑地叫他去拔出猛兽身上的箭。桓石虔便飞跑过去，拔出一箭。猛兽痛得跳了起来，桓石虔也跳了起来，居然跳得比兽身更高。猛兽落地时，他又从它身上拔了另一支箭后才回来。桓石虔后来跟从桓温伐秦入关。有一次季叔桓冲被前秦军队包围，眼看就要战死，桓石虔跃马突入敌阵，从千军万马中将桓冲救了回来，敌军将士无人敢拦他。真是三军叹息，威震敌人。当时有患虐疾的病人，人们常用“桓石虔来了”来吓唬他们，不少病人被吓出一身汗而病愈。可见他令人敬畏的程度。
七月，桓温从广陵率领部众二万去讨伐袁瑾，同时任命襄城太守刘波为淮南内史，带领五千人镇守石头。刘波是刘隗的孙子。八月十一，桓温打败袁瑾，接着将他包围在寿春。前燕左卫将军孟高带领骑兵来救袁瑾，抵达淮北。但还没来得及南渡时，正遇上前秦大举进攻前燕，前燕只好召孟高回去。
公元371年春正月，袁瑾和朱辅求救于前秦。前秦君主苻坚任命袁瑾为扬州刺史，朱辅为交州刺史，并派武卫将军武都人王鉴和前将军张蚝率领步骑二万人前去相救。王鉴占据洛涧，张蚝进驻八公山，先派出精骑五千人进驻到肥水的北岸。桓温派淮南太守桓伊和南顿太守桓石虔等人在石桥夜袭王鉴和张蚝，把秦军打得落花流水，俘获了战马五百匹。秦军只好退到慎城。桓伊是桓宣的儿子。正月十八，桓温攻拔寿春，生擒了袁瑾和朱辅及其宗族，把他们都送到建康杀了，他们所豢养的几百乞活军人也全被活埋，他们的妻子则被赏给有功的将士。因为桓温的功劳，朝廷下诏给他增加身佩斑剑的武士十人，并在路边犒赏他凯旋归来的军队，部下文武官员论功行赏，各有差别。
这时，前秦已经并吞了前燕。前秦后将军金城人俱难开始进攻在桃山的东晋兰陵太守张闵子，桓温派兵打退了他们。
三月，东晋益州刺史建成公周楚去世。八月，桓温因为梁益一带贼寇很多，而周氏世代在那里很有威名，便任命宁州刺史周仲孙负责益、梁二州的军事，兼益州刺史。周仲孙是周光的儿子，也就是周楚的堂弟。
桓温生性节俭，每次宴席只用七盘茶果而已。然而他以雄武专擅朝政，觊觎非份之望。他曾经躺着对亲信幕僚们说：“如果就这样甘于现状，甘于寂寞的话，将来会被文帝和景帝（司马昭和司马师）讥笑。”言外有让司马氏禅让皇位给他的意思。大家都不敢回答。桓温仗恃自己的才干谋略和职位名望，暗中蓄有篡位的野心，曾经抚着枕头叹息道：“男子不能流芳百世，也应当遗臭万年！”他曾经过王敦的坟墓，望着它感叹道：“了不起，真了不起！”由此可见他的心迹。方术人士杜炅能预测人的贵贱，桓温问杜炅自己的禄位会到达什么程度，杜炅说：“明公勋格宇宙，位极人臣。”桓温听了很不高兴。桓温想先收复北方建立功业，以此收取时望，然后接受九锡，最后得到禅让皇位。但由于枋头的失败，他的威名顿然受到挫折。攻克寿春，杀了朱瑾之后，桓温问参军郗超道：“这场胜利足以洗雪枋头的耻辱吗？”郗超答道：“尚为不足。”
过了一段时间，有一次郗超就宿在桓温那里，半夜，他跟桓温说：“明公难道都没什么忧虑的事？”桓温问道：“先生有什么话要说吗？”郗超说：“明公承担天下的重任，如今以六十的高寿，却在伐燕这么重大的事情上失败了。如果不再建立一道举世无比的功勋，不足以镇慑民望！”桓温问道：“又该如何是好？”郗超说：“明公如不进行伊尹和霍光那样的大动作，将无以建立足够的威权，好镇慑四海。”桓温历来就有这样的打算，便对郗超的暗示心领神会。于是他们商议，认为晋废帝虽然一贯谨慎无过，但制造一些有关他床第的绯闻，并非难事。因此桓温让人宣扬说：“皇上早就有阳痿的毛病，嬖人相龙、计好、朱炅宝等人，参加服侍皇上的内寝，结果和二美人田氏和孟氏生下了三个男孩。如果靠他们当王储，那么皇基将会倾移。”并将这些话秘密地在民间传播。当时人们也无法辨认这些流言的虚实。
十一月初，桓温从广陵准备回到姑孰，暂时在白石停留。四天后，桓温前往建康，暗示褚太后，请废黜晋废帝，改立丞相司马昱，并呈上预先写好的诏书草稿。太后正在佛屋烧香，内侍跟她说：“外头有紧急奏章。”太后出来后，靠在门户上看了奏章的头几行，便说道：“我本来就怀疑这事！”看到一半她就看不下去了，向人要了枝笔，补充写道：“未亡人不幸遇上这百般忧扰。感念还在的和已逝的，我心如绞割。”
两天后，桓温把朝廷百官集中在朝堂。皇帝废立的大事好几代都没发生过，所以没人懂得有什么法典可以遵循，百官无不震动害怕。桓温自己也一片茫然，不知所为。尚书仆射王彪之知道这事是拦不住了，便跟桓温说：“明公是皇家的栋梁，应当依据古人的先例处理这事。”便叫人取来《霍光传》，然后依据霍光废黜汉昌邑王的往事，当下制定了礼度仪式。王彪之穿着朝服，站在朝堂的台阶上，神彩毅然，毫无惧色。他冷静地指挥文武官员遵照礼仪排列秩序，朝廷因此对他完全信服。于是王彪之宣布褚太后的诏令，废晋废帝司马奕为东海王，以丞相、负责尚书事务的会稽王司马昱统承皇极。百官然后进入太极前殿，桓温让督护竺瑶和散骑侍郎刘亨收回了晋废帝的御玺绶带。晋废帝身著单衣，头戴未仕者的白帽，走下西堂，然后乘坐着牛犊车出了神虎门。大臣们下拜辞别，无不低声悲泣叹息。侍御史和殿中监带着一百士兵护送司马奕到东海王的府第。当初，晋废帝经常感到忧虑，曾召方术人人扈谦来占筮。卦成之后，扈谦说：“晋室有盘石之固，陛下有出宫之象。”到这时果然像他说的那样。
当天，桓温率领百官带着皇帝的乘舆法驾，到会稽王的府邸迎接会稽王。会稽王在朝堂更换朝服，戴着平常的头巾、身着单衣，面朝东流着眼泪拜受御玺绶带。于是司马昱即皇帝位，改元，成为晋简文帝。
桓温出了宫，住在中堂，派兵守卫。他有足病，朝廷下诏让他乘车入殿。桓温撰文辞谢，并想陈述他废立皇帝的本意。晋简文帝引见他时，还没开始说话就流下了几十行眼泪。桓温看到后战战兢兢，竟然一句话都说不出来。
太宰武陵王司马晞，喜欢练习武事，因而被桓温忌惮，想把他废了。桓温把这想法告诉王彪之。王彪之说：“武陵王是皇亲至尊，没有什么明显的罪过，不能因为猜嫌便将他废黜或贬徙。明公建立圣明，应当崇奖王室，与伊尹周公媲美。这是大事，明公应当更加深思熟虑。”桓温说：“我已经决定了，你不用再说了！”不久，桓温上表称：“司马晞聚纳钱财，巧取豪夺。而且姑息儿子司马综的傲慢残忍。袁真叛逆时，他也有所牵连。近日因为猜疑恐惧，几乎造成叛逆。谨请免去司马晞的官职，以武陵王身份回归藩国。”晋简文帝准奏，同时也免去他的世子司马综和儿子梁王司马逢等人的官职。桓温派魏郡太守毛安之率领他所统领的部队宿卫殿中。毛安之是毛虎生的弟弟。
不久，朝廷尊褚太后为崇德太后。
当初，殷浩去世时，大司马桓温派人带了他的祭文去吊唁他。殷浩的儿子殷涓没有回文答谢，也不前去拜谒桓温，反而和武陵王司马晞一道游玩。庾希的弟弟广州刺史庾蕴，一贯和桓温有嫌隙。桓温忌恶殷庾两个宗族的强势，想除去他们。不久，桓温让他弟弟桓祕威逼新蔡王司马晃前往西堂叩头自首，声称自己和司马晞及其儿子司马综、著作郎殷涓、太宰长史庾倩、太宰助手曹秀、舍人刘强、散骑常侍庾柔等人谋反。晋简文帝明知有诈却无可奈何，只能对着司马晃流泪。桓温将这些人全都收付廷尉处置。庾倩和庾柔都是庾蕴的弟弟。
在晋废帝被废的四天后，桓温又将他的三个儿子（所谓他人的私生子）及其母亲全部杀了。次日，御史中丞谯王司马恬秉承桓温的旨意，请朝廷依照法律诛杀武陵王司马晞。晋简文帝下诏说：“悲伤惋惜，惶恐苦恼，不是朕忍心要听的，更何况说出来！请再详细商议吧！”司马恬是司马承的孙子。第二天，桓温再次上表坚决要请诛杀司马晞，措辞十分严厉恳切。晋简文帝赐给桓温手诏说：“如果晋的国运神灵还长的话，明公便应当奉行前诏。如果晋的大运已去，朕请求自己退避让贤。”桓温看了手诏后，惊惧得流汗变色，只好上奏废了司马晞及其三个儿子，把他们的家属都迁徙到新安郡。接着，朝廷又免了新蔡王司马晃为庶人，迁徙往衡阳。殷涓、庾倩、曹秀、刘强、庾柔则全部被夷族，而庾蕴饮鸩自杀。庾蕴的兄长东阳太守庾友之的儿媳是桓豁的女儿，所以桓温特赦了他。庾希听说这些变故，急忙和弟弟会稽王参军庾邈及其儿子庾攸之逃到海陵陂的山泽中去避难。
桓温杀了殷庾家族这么多人后，威势更加显赫。侍中谢安远远见到桓温而遥拜。桓温大惊道：“安石，你为何事做出这样的举动？”谢安说：“从来没有过君拜于前，臣揖于后的事。”
当初即晋元帝和晋明帝的时候，郭璞曾作谶说：“君非无嗣，兄弟代禅。”后来果然晋成帝有自己的儿子，却把皇位传给弟弟晋康帝。又有这样的说法：“有人姓李，兒专征战。譬如车轴，脱在一面。”兒就是子；李字去了子就是木；车（車）去轴就是亘；木和亘合成“桓”字。又有一种说法：“尔来，尔来，河内大县。”尔来意味着自尔以来，也就是元始的意思，而桓温字元子；河内大县是温。晋成帝和晋康帝去世以来，桓氏开始为大，所以这么连在一起说。又有另一个说法：“赖子之薨，延我国祚。痛子之陨，皇运其暮。”二子指的是桓元子和司马道子。桓温志在篡夺皇位，但事情未成自己先死，所以晋的国祚得以延续。后来的司马道子虽然首乱东晋，但他的死也是东晋衰败的原由，所以痛心他的去世。
接着，东晋大赦，并增加文武官位二等。
废立的十天后，桓温来到白石，上书请求回归姑孰。次日，朝廷下诏进桓温为丞相，大司马职位不变，请他留在京师辅政。桓温坚决推辞，仍然请求回到镇守去。第二天，桓温从白石回到姑孰。
十二月，桓温又上奏说：“被废黜放逐的人，应当把他们送到远处去，而不可以临近百姓。应当依照当年汉昌邑王的往事，在吴郡给东海王修筑府邸。”太后下诏说：“如果让他成为庶人，情有不忍，可特许封王。”桓温又上奏说：“可改封海西县侯。”不久，朝廷被迫进一步贬黜晋废帝为海西县公，所以史书也称他为海西公。
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