劉裕功進建康城之後，並沒有停下他前進的腳步。他迅速派遣手下得力部將對桓玄展開追殺行，誓要將其徹底剷除。與此同時，晉安帝也終於在江陵得以復位，重新登上了皇位。但事並未就此結束，儘管桓玄已敗走逃亡，可在荊州一帶仍然殘留著桓氏家族的勢力。桓玄之子桓振與藏匿於沮川的桓謙二人，不甘心就這樣失敗，他們暗中重新召集起了數千人馬，氣勢洶洶地朝著江陵進發，企圖奪回失去的一切……直至義熙元年（405年），劉毅等人才收復江陵，驅逐了桓氏勢力，並迎安帝返回建康，從此徹底平定了桓氏之。
義熙元年（405年）三月，劉裕因其功績被晉安帝提拔為侍中、車騎將軍、都督中外諸軍事。劉裕卻多次推辭晉安帝授予他的銜，並且回鎮丹徒。安帝不得已，只能加授劉裕都督荊、司、梁、益、寧、雍、涼七州軍事，與之前的九州疊加，共都督十六州諸軍事 。同年，劉裕派遣使者到後秦，使得後秦皇帝姚興歸還了之前佔領的淮北十二郡。義熙二年（406年）三月，劉裕加督、廣二州。十月，劉裕上書為西征桓氏眾將士請功。於是經朝臣疏奏，作為“唱義謀主”，立下“匡復之功”的劉裕被封為豫章郡公，食邑一萬戶，獲賞絹三萬匹 。他的僚佐規格僅次於原太傅謝安府。十一月，安帝重申前詔，加劉裕為侍中、車騎將軍、開府儀同三司，卻被劉裕一再推辭，這才作罷。
義熙四年（408年）正月，因與自己關係親的王謐已在去年十二月逝世，朝中無人，劉裕聽從幕僚劉穆之的建議朝輔政，獲授侍中、車騎將軍、開府儀同三司、揚州刺史、錄尚書事，兼徐兗【yǎn】二州刺史 ，掌握朝政大權。
東晉自偏安以來一直面臨著北方的威脅，劉裕想出師北伐以建功立業，於是上表皇帝主張北伐， 朝廷同意了他的要求。義熙五年（409年）四月，劉裕大軍由淮河泗水（今江蘇淮西南）；五月，到下邳（今江蘇睢寧西北）。劉裕下令把船隻、輜【zī】重留下，軍隊改走陸路步行到琅琊（今山東膠南縣西南夏河），沿路的重要關口，都築城派兵防守來抵南燕軍的襲擊。在臨朐（今屬山東）東南，有地形險峻的大峴關（今山東一水縣北穆陵關），但是南燕主慕容超自大輕敵，拒絕採納大臣公孫五樓關於派兵扼守大峴的策略，而讓劉裕軍隊輕易越過大峴山。劉裕峴後，認為軍隊已過險要之，每個人也都有決死之心，並且不用擔心缺糧的問題，征伐南燕必然勝利。
義熙五年（409年）六月，慕容超派左軍段暉、輔國賀賴盧等六將領率領步騎五萬，進據臨朐。等到劉裕大軍境，就只留下老弱人馬防守廣固，其餘兵力都用來抵抗劉裕大軍。臨朐城旁有巨蔑河，離城大約有四十里，戰略位置很重要，慕容超派遣公孫五樓前去佔領，但是被晉軍龍驤將軍孟龍符搶先一步佔據。隨即兩軍在臨朐以南大戰。七月，劉裕被朝廷任命為青、冀二州刺史。人心更加歸向，連慕容超的大將垣遵、垣苗也率兵歸順於他。慕容超派尚書朗張綱以稱藩為條件，請求後秦來救援。
義熙五年（409年）七月，後秦主姚興派衛將軍姚強率兵一萬，與守將姚紹匯合共救南燕。並遣使警告劉裕稱後秦在屯聚了10萬兵，如果晉軍不還，就會長驅而。劉裕看穿了姚興的虛張聲勢，沒有理會。不久，姚興被夏主劉擊敗於貳城。慕容超長時間困在廣固，沒有看到後秦的援兵，漸漸失去與劉裕抗衡的信心。他提出以獻出大峴山以南為條件向東晉稱藩求和，但被劉裕拒絕。劉裕統領軍隊日夜攻城，河北人民也拿起武揹著糧食，紛紛前來援助晉軍。
義熙六年（410年）二月，南燕賀賴盧、公孫五樓率軍挖地道出擊晉軍，被擊敗，退回城。劉裕乘機四面攻城，南燕尚書悅壽開啟城門迎降，晉軍攻廣固城。慕容超帶領數十騎兵突圍逃跑，被晉軍追上並抓住，送到建康後被斬首，南燕滅亡。城後，劉裕以廣固一直不投降為理由，殺了王公以下的三千人來洩憤。
剷除異己
劉裕於義熙七年（411年）班師回到建康，太尉、中書監職位。次年（412年）四月，劉裕任命劉毅擔任荊州刺史。劉毅不服劉裕，便拉結朝中有聲的人，把大部分豫州府屬及江州上萬人的軍隊都帶去荊州，到任後又重新排程荊州郡縣，更以患病為藉口請堂弟劉藩去做他副手。劉裕知道劉毅有異心，於是假意答應他的請求，等到劉藩從廣陵朝時以圖謀不軌的罪行將二人賜死，接著率領人馬從建康出發討伐劉毅。先鋒王鎮惡將劉裕招城士兵和百姓的訊息散佈在城，使得城中民眾失去鬥志。等到接近傍晚時，劉裕派王鎮惡火燒城門，全軍進攻擊潰劉毅，劉毅自縊而亡。劉裕隨後進軍江陵，誅殺劉毅親信郗僧施，消滅了劉毅勢力。劉裕到江陵後，看到百姓因賦稅勞役難以為生，便下令減免稅役，放還原本要被徵發上戰場的奴隸，並推廣到全國。
劉裕攻打劉毅時曾讓諸葛長民守留府事，但諸葛長民得知劉毅敗死後意圖作，劉裕回建康時故意拖慢進度，讓諸葛長民連續多日都等不到劉裕，然後乘船突然進城到邸東府。諸葛長民得知劉裕突然歸來後上門拜訪，劉裕暗中設下埋伏，等到諸葛長民放鬆戒備時讓手下將其殺害，接著又殺了諸葛長民的弟弟諸葛黎民等人。劉裕隨後接掌了諸葛長民的鎮西將軍、豫州刺史等職，至此剷除了在京口的異己勢力。
義熙八年（412年）十二月，劉裕賞識朱齡石的才能而不顧反對和非議，堅持將朱齡石越級提拔為益州刺史，派他率軍二萬討伐譙蜀。劉裕曾和朱齡石討論作戰策略，認為譙蜀會鑑於上次晉軍伐蜀是從水攻蜀而猜想這次會出其不意再次從水進攻。劉裕認為譙蜀會派重兵駐守涪城（今四川綿市涪城區），於是讓晉軍主力過外水進攻都，派疑兵進軍水。為防止軍洩，劉裕將一封函給朱齡石，特別囑咐他到白帝后才可以開啟，所以晉軍主力從江陵出發後一直都不知沿著哪條路線進軍，譙蜀更沒辦法探知劉裕的作戰意圖。而譙蜀後來果真和劉裕想的一樣，在水設定了主力防備。義熙九年（413年），劉裕功消滅譙蜀，收復了蜀地區。劉裕滅蜀後，下令減輕各地勞役，讓百姓得以休養。
義熙八年（412年）征討劉毅時，劉裕以晉宗室司馬休之接任荊州刺史。司馬休之在當地很得民心，劉裕懷疑他有異心；在義熙十年（414年），司馬休之的兒子司馬文思又在建康召集人馬，這讓劉裕不滿，司馬文思後來因被揭發殺害吏而被捕，劉裕死他的手下和同夥而饒過了司馬文思，還送他到司馬休之那裡，要司馬休之親自教誨他的兒子，實際上的意思就是要司馬休之自己死兒子。然而，司馬休之並沒有殺文思，而是上表廢除了他的爵位，並向劉裕寫道歉信。劉裕對此十分不滿，立刻就命令江州刺史孟懷玉戒備。
義熙十一年（415年），劉裕殺害司馬休之在建康的次子和侄子，隨後進軍討伐司馬休之，自加黃鉞，領荊州刺史。司馬休之則上表劉裕罪狀，同時派兵抵抗；當時雍州刺史魯宗之自己覺得劉裕容不下他，於是和司馬休之聯手。劉裕的前鋒徐逵之首戰輸給了魯軌，除蒯恩外的將領全都皆戰死，劉裕大怒。然而當他到時，魯軌及司馬文思率軍在懸岸峭壁上列陣，使得劉裕很難上岸，胡藩當時就冒險攀登，司馬文思等抵擋不住，劉裕就乘對方撤退時登岸進攻，最終大敗司馬休之，得以攻佔江陵，司馬休之及魯宗之往北投奔後秦。
自桓玄作以來，南方各大割據勢力全部被消滅，南方得到統一，東晉境都歸於劉裕勢力統治。次年（416年）正月劉裕獲加領平北將軍、兗州刺史、都督南秦州諸軍事，一人都督二十二州，劉裕權傾朝野。
義熙十二年（416年）一月，後秦皇帝姚興去世，新上位的姚泓沒有治國的能力，加上虛弱常常生病，在他剛上位的初期，大將軍尹元等人謀造反，但很快暴被死。新投降的羌人也都紛紛逃回原籍準備復辟，後秦可謂部叛多發，劉裕認為這是滅亡後秦的好機會。劉裕在北伐之前，在全國大赦釋放了刑期在五年以下的人，並且提拔了任期屆滿的員，聽說琥珀可以療傷，劉裕還把寧州刺史所贈琥珀玉枕搗末分發于軍中用以治療外傷。同年八月，劉裕讓劉穆之擔任尚書左僕，管朝政，外供軍糧，自己率大軍分四路北伐。
同年八月，劉裕親率大軍分四路攻打後秦。他率領主力軍由淮水、泗水，沿黃河往西進軍，佔領戰略重鎮。又命令一支軍隊從武關進攻，牽制後秦關中地區軍隊，然後率主力軍攻打潼關，直取長安。龍鑲將軍王鎮惡等人率領步軍從壽（今安徽壽縣）沿淮水淝水攻打許昌（今河南許昌東）會師。建武將軍沈林子等人由彭城（今江蘇徐州）從汴水出石門（今河南滎東北）進黃河，佔領以北，阻擋魏軍南下襲擊晉軍側面。冀州刺史王仲德率領水軍由彭城從泗水，經鉅野澤進黃河。佔據黃河東線，防止魏軍渡過黃河往南攻擊。
十月，東晉各路兵馬向進軍，的後秦守將姚洸的屬下姚禹等人暗中勾結東晉將領檀道濟，騙姚洸分兵防守各地，導致駐守的軍隊難以抵晉軍，當晉軍近的時候，姚洸投降。
義熙十三年（417年）正月，劉裕親率大軍北上攻打擾晉軍的北魏軍隊，派左將軍向彌駐守於黃河重要渡口碻璈【áo】（今山東東阿西北），親率主力進黃河，魏軍派數千騎兵沿黃河北岸跟在劉裕軍隊後面，防止晉軍登上北岸發襲擊。四月，劉裕大軍到達。劉裕佔領後，在停留了兩個月來防止魏軍的襲擊，在部署完後方的防衛後，進軍到了陝城，並派部將沈田子攻打武關，進屯至青泥。
義熙十三年（417年）八月，劉裕率領大軍在潼關城外與各路軍會合，採納王鎮惡的建議，由王鎮惡率領水軍從黃河進渭水直取長安。當王鎮惡的軍隊沿黃河直取長安的時候，當時的後秦姚難正從香城（今陝西大荔東）往西撤退，姚泓也親自率軍從霸上到達石橋（長安城門東北）接應姚難，同時命令姚疆與姚難合兵共同迎擊王鎮惡的軍隊。王鎮惡命令部下祖德率軍擊敗後秦軍隊，後秦將領姚疆戰死，姚難狼狽逃回長安。姚贊得知晉軍近長安，於是率領軍隊由定城退守到鄭城（今陝西華縣）。姚泓為了緩解兩面敵的危機，決定先集中力消滅沈田子的軍隊，然後再擊破劉裕。於是命令幾萬步騎兵直趨青泥，沈田子只有幾千兵馬，本來就是疑後秦，當後秦主力被吸引過來後，王鎮惡趁此機會突破潼關防線，率軍一舉攻陷長安，姚泓投降，後秦滅亡。
長安
義熙十三年（417年）冬天，劉裕率晉軍浩浩地抵達長安皇城，他想在此稍作休整，經略關中，不料傳來劉穆之病死的訊息。劉裕怕朝廷有變，留他十二歲的兒子劉義真率王修、王鎮惡、沈田子等人共同守衛長安，劉裕的急南歸，被夏主赫連謀臣王買德看出心思，赫連派軍攻佔青泥、潼關，率主力攻打長安。也是在這個時候，留守長安的晉朝文武發生訌，併發生自相殘殺之事，關中大。劉裕得知此事，驚恐不已，急忙讓朱齡石鎮守長安，下令讓劉義真火速趕回。劉義真和將士搶奪了很多財寶用車載回來，被夏軍追上，朱齡石被殺害，劉義真一人騎馬逃走。長安得而復失，將士損失嚴重。但劉裕過兩次北伐，佔據了黃河以南、淮水以北以及漢水上游的大片區域。
義熙十四年（418年），劉裕拜相國、總百揆【kuí】、揚州牧，以十郡建“宋國”，封為宋公，並九錫殊禮。同年，劉裕命令中書侍郎王韶之與晉安帝左右侍從謀以毒酒毒殺安帝，王韶之於是乘司馬德文因病出宮時把晉安帝勒死。當時劉裕因為相信預言書說：“昌明（晉孝武帝）之後尚有二帝”，於是聲稱按照詔，立司馬德文為帝，即晉恭帝。
元熙元年（419年），劉裕進爵為宋王，宋國又加十郡，使宋國領域增加了二十郡。永初元年（420年），劉裕輔，晉恭帝在六月丁卯日（7月10日）禪位給劉裕，東晉滅亡，劉裕即位為帝，改國號為“宋”，改元永初。劉裕在稱帝一年後殺害晉恭帝。
劉裕稱帝之後，下詔規定大臣若外出征討，一律配以朝廷軍隊，戰爭結束後將軍隊還給朝廷。止世族匿戶囗，減府收。劉裕下令整頓戶籍，厲行土斷之法；規定府所需資，不準像以前那樣濫行徵發，而是派有關人員以錢購買；降低農民租稅，廢除苛繁法令，讓百姓在寬鬆的環境中休養生息，發展生產。
魏晉以來，皇室、府崇尚奢華。由於自己是貧寒出，劉裕崇尚節儉。他抵制士族社會浮華奢靡的生活方式，長史殷仲文曾認為朝廷應備音樂，劉裕以沒有閒暇、且不會欣賞為由而推。他還拒絕使用地方員進獻的奢侈品，廣州有人曾經上供筒細布，一匹長八丈，劉裕討厭其，轉給了有關部門彈劾廣州太守，把布還給他們，並且下令嶺南止紡織這種布。
因病去世
永初三年（422年），劉裕患病，五月病重時命司空徐羨之、尚書僕傅亮、領軍將軍謝晦及護軍將軍檀道濟四人為顧命大臣，輔助太子劉義符。劉裕於五月癸亥日（6月26日）去世，年六十歲。廟號高祖，諡為武皇帝，葬在初寧陵。
不信神只
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。陵寧初於葬合己自與，京南至迎徒丹從木棺的親臧將又詔下時終臨裕劉。徒丹于葬其將，人夫公章豫為親臧封追后帝稱裕劉。歲八十四年時，）南東遠定徽安今（城東於逝病親臧，月正）年804（年四熙義。弟興劉兒下生，裕劉給嫁後。曹功郡個一是俊臧親父，郎書尚任曾汪臧父祖，子妻髮結的裕劉是親臧
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