晋元兴元年（402年），门阀士族谯郡桓玄代晋建楚，自立为帝。次年三月，出身寒门士族的北府旧将刘裕、何无忌占据京口（今江苏镇江），刘毅、孟昶等制据广陵（今江苏扬州）起兵，打着恢复晋室的旗号，讨伐桓玄。刘毅等帅兵到京口与刘裕会师。然后，合兵进攻建康。讨伐军迅速击败桓玄的抵抗，进而占领建康。此后又派刘毅等帅军西上追击桓玄，陆续镇压了桓玄势力的反抗，迎回被废的晋安帝重登皇位，重建东晋。刘裕起兵成功，任使持节、都督扬、徐、兖等八州诸军事、领军将军、徐州刺史、从而掌握了军权，尤其是掌握了北府兵这支最精锐的军队。义熙四年（408年），刘裕又升任扬州刺史、录尚书事的要职，他实际掌握了东晋政军大权。
南燕慕容超认为南方软弱可欺，屡次派骑兵侵入东晋边境骚扰和劫掠人口。刘裕于义熙五年（409年）出兵，北伐南燕，出兵两月后就已包围了南燕首都广固（今山东省益都北），南燕惊慌失措，向后秦求救，秦却未派兵。晋义熙六年（410年）三月，刘裕大军攻陷广固，生擒慕容超，灭掉南燕，收复了青兖广大地区。刘裕声威大震，时人无可匹敌。在刘裕北伐之时，盘踞广州的卢循、徐道覆率部北上，图谋争夺政权。他们在豫章（今江西省南昌）大败东晋江州刺史何无忌，声威大振，兵锋直指建康。刘裕闻讯，急忙班师回朝，亲率数十人匆忙赶回建康。当时地位和实力仅次于刘裕的豫州刺史刘毅为壮大声势，不听刘裕指挥，率军二万从姑熟溯江而上，以阻击卢循军队。六月，双方战于桑落洲（今江西省九江东北），刘毅大败，狼狈逃走，至使声望一落千丈，这时建康城内，人心惶惶，很多人提议迁都江北，遭到刘裕坚决反对，宣布内外戒严。同时，征发居民修筑防御工事，此时大批援军从而陆续赶到。卢循闻知刘裕还都，就很想退兵，经徐道覆力争，犹豫多日才继续进兵。刘裕也得到了周密部署的时间，坚壁不战。卢循因师老兵疲、给养因难，被迫退回寻阳。试图西取荆州，徐道覆部却遭到失败。卢循、徐道覆又率部东下，与刘裕军激战，又遭惨败，遂率部南逃，不久全被晋军歼灭。
卢循的起义被平定后，刘裕与刘毅的矛盾已日趋激化。晋义熙八年（412年），江州刺史刘毅移镇荆州，力图割据，于是取江州兵和豫州西府文武万余西上。由于刘毅文温尔雅，颇得徒有虚名的名士如谢混等人的欢心，而刘裕气质不文，在结交高级士族方面处刘毅的下风，心中十分不满。这时，刘毅又要求允许起用从弟刘藩做他的副手，以党徒郗僧施担任南蛮校尉的要职。刘裕感到分裂在即，决意先发制人，先收杀刘藩、、谢混等人，他命王镇恶为前锋，自己亲统大兵征讨刘毅，不久就攻克了江陵，刘毅逃走，后不得不在牛牧佛寺（今湖北江陵）自杀。刘裕随之又潜回建康，诱杀了心怀狐疑，欲谋叛乱的豫州刺史诸葛长民兄弟。刘裕在寒门士族中确立起独一无二的统帅地位。军权的高度集中，使寒门士族得以有效地利用武力谋取更大的利益，为王权的恢复奠定了基础。
在此之前，谯纵乘东晋衰乱，占据四川称王。后谯纵常与醒玄从兄桓廉连兵侵扰东晋，威胁荆楚。义熙九年（413年）一月，刘裕命大将朱龄石率众二万攻蜀谯纵，力克平模（今属四川省），谯纵部将相继奔溃，谯纵弃成都出逃，尚书令马耽在成都投降，益州就这样被东晋收复。
刘裕讨伐刘毅时曾任命宗室司马休之为荆州刺史。几年后，刘裕嫌忌司马休之在江陵深得人心，以休之子文思犯法而休之不肯严惩反而心存怨气为借口，下令讨伐休之。东晋雍州刺史鲁宗之及其子鲁轨担心不为刘裕所容，和司马休之连兵抵抗刘裕。休之等兵败后投后秦。义熙十二年（416年），后秦派遣鲁宗之子鲁轨率兵进犯襄阳，骚扰荆楚。这时，后秦皇帝姚兴突然病故，其子姚泓继位，后秦王室内部不和，发生内讧。是时，北魏拓拔氏跨有并冀，大夏赫连氏虎据朔方，都牵制了后秦相当一部分兵力。刘裕在义熙十二年（416年）九月，亲统大军，北伐后秦。北伐大军兵分四路，水陆并进，浩浩荡荡。檀道济、王镇恶所属二部进展十分迅速，所至望风归降，十一月就占领了洛阳。前锋随之进抵潼关。刘裕主力部队也击败了北魏的骚扰，也顺利抵达洛阳。然后又兵分两路，继续向长安进军。义熙十三年（417年）九月，刘裕军攻入平朔门（即长安北门），姚泓出降，后秦灭亡。十二月，刘裕留守建康的心腹、尚书左仆射刘穆之病死，使本来想留在长安经略西北的刘裕担心后方发生变化，于是决定返回江南，而留其次子义真镇守长安。刘裕此次北伐，收复了大片国土，并牢固地占有了潼关以东，黄河以南的广大地区，威望更加增高。
刘裕平定桓玄掌权到即位以后，对政治、经济进行了不少改革，除去东晋许多弊政，使政权显得虎虎而有生气。首先，在政权组织上，即提升寒门士族，又不排斥吸收高级士族。他杀了一批顽固抵制寒门士族参与政权、拒绝与其合作的高门士族，如杀太原王愉、王绥、陈郡殷仲文、殷叔文等人。拉拢了许多愿意合作的高门士族结成联盟，如琅邪王谧、王弘、陈郡、谢裕、谢晦、会稽孔安国等人，依然给其高官要职，紧利用他们的经验和智慧帮助巩固政权，高门士族在经济上也依然获得了优厚待遇。刘裕等人还主动与市门士族联姻，如为次子刘义真娶谢裕女，招褚秀之为婿，使以刘裕为核心的寒门家族的地位提高了，甚至具有超越门阀士族的地位的趋势。
东晋末年的统治过于宽松，朝廷没有威信，官员不喜欢管理事务，至使豪族十分猖狂，经常欺凌人民。刘裕就部属刘穆之斟酌时宜以采取切实可行的措施，刘裕本人以身作则，威禁内外，百官都肃然奉职，没有多长时间就改变了弊政。他关心贫民，先后把京口的渤海刁氏万余顷土地及晋安帝王皇后的土地分赐贫民。当时江南的山湖川泽，多被豪强所侵占，而小民砍柴、钓鱼都要向其交钱交物。为此刘裕颂布了禁止占固山泽的法令。刘裕还采取了一列措施，取制高门士族抢占国家的劳动人口，起兵之初就将役使官人的褚粲等免官。义熙九年（413年）严格土断。会稽大士族虞亮因藏匿了亡命千余人被刘裕下令处死，并免会稽内史司马休之官职。刘裕一方面尽量减轻编户农民的赋役负担，防止其破产，一方面又通过土断将侨人中的大批小农变为编户农民，以增加国家的赋税收入，加强了国家对自耕农的控制以充实国家的经济力量，为强大的王权奠定了坚实的基础。对于州郡所送秀才、孝廉进行考试，决不允许滥竽充数。在平定刘毅之后，在荆州“宽租省调、节役原刑”，赢得了荆州人士称赞。在驱走司马休之以后，又对荆雍二州“老稚服戎，空户从役”的现象加以改变，规定两州军人和吏年纪在12以下、60以上者全都遣散。称帝后，除去一些杂税，因军事而调发的奴僮送还本主。过去，州、府置将、吏长漫无限制，刘裕规定荆州府置将不能超过2000人，吏不能超过10000人。其他州置将不能超过500人，吏不能超过5000人，以加强中央对地方的控制，力图避免东晋镇割据的重现。
刘裕北伐回到建康后，于义熙十四年（418年）受封为相国、宋公、并受九锡之命。次年一月，刘裕因谶讳说“昌明之后尚有二帝”，就派王韶之与安帝的左右把安帝勒死。刘裕称遗诏奉司马德文即皇帝位，是为晋恭帝。八月，刘裕接受宋王爵位。元熙二年（420年）一月，晋恭帝给刘裕加殊礼。七月，傅亮劝晋恭帝禅位给宋王刘裕，把草拟好的诏书进呈给晋恭帝，让其重抄。晋恭帝竟欣然提笔，对左右人说：“桓玄篡逆，晋氏已失天下。又为刘裕延长了将近二十年，今天的事，本来也就心甘情愿。”就亲笔在红纸上写诏宣布禅位，至此，东晋灭亡。宋王刘裕即皇帝位，改国号为宋，宋朝建立。
