桓温要去攻打蜀国。桓温听后高兴地说：“石虎去打凉州，我没有后顾之忧。此时若不灭蜀，恐怕以后再也没有这么好的机会了。然后将指挥中心向西迁至江陵(今湖北荆州)。东晋永和二年(346)十一月辛未，桓温征得朝廷同意后，派史范汪留在江陵，以袁乔为前锋，率领5000水军先行。带着将军周抚、司马无忌等人，率步骑一万，从三峡故道西进。桓温一路看到三峡地势险峻，道路艰难，每天行军只能走20多里。很多地方都是一夫当关，万夫莫开，林密山深，但有埋伏，全军覆没。桓温走得很小心，经常派大量哨探仔细探路，不埋伏就敢前进。桓温叹了口气：“李势随便在哪里埋伏下一支军队，我就不能进蜀了。曹魏灭蜀时，蜀关皆废。没想到历史又要重演了。刚说完这句话，突然看到一股杀气冲天而起，隐约有鼓角之声，仿佛有伏兵埋伏。
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桓温急忙将军队撤退三里多地，直到地势开阔才排队，准备交战。并问前方探哨，为什么没有发现伏兵。侦察兵很委屈，我们查得很仔细，没人啊。然而，河边有64堆乱石，却充满了杀气。桓温还是不相信，急派人来找几个当地人问，当地人说这是诸葛亮当年摆下的“八阵图”，桓温这才恍然大悟。然后亲自去观察学习，画成图形，以后再学习。这个故事没有正史。明朝杨尔增的《两晋秘史》中有这样一段，很有意思。桓温的部队到了青衣江，李势才知道，他急忙派将军李福和李权去彭模防守；将军赞坚率领水军从江北鸳鸯玉玉(彭山东)渡江到甘伟(彭山东)防守。
桓温此时已到彭模(今彭山东南，岷江东岸)，他的下属都建议兵分两路进攻。只有谋士袁乔认为，士兵分为两条路，很难合作。如果一路输了，剩下的一路孤军深入，就不会有结果了。不如全军携三粮，轻装齐进，以示必胜之心。士兵们一鼓作气，赢得了成都。桓温用袁乔的意见，逃选13000名精兵攻打成都，留下孙盛和楚带着2000名士兵在彭模守卫行李。桓温离开后，蜀军李福带兵攻彭模，孙盛坚守不住，李福无法攻克。桓温与李权的军队相遇，李权连续几次失败，逃回成都。成都镇东将军李位都觉得大势已去，偷偷跑出去降临桓温。在李位都的带领下，桓温行军更加迅速。闵坚来到前卫后才知道桓温根本没有走这条路，于是立即带军回到救成都。这时，东晋军迅速来到成都附近的十里陌，在这个地方与赞坚作战，赞坚被打败。
此时李福因攻不下彭模也已退回成都，李势城仍有3万兵马，军事力量也不弱。于是命令所有军队进攻，在成都西南与晋军的长桥大战中击败桓温的突击部队，参军龚护死。一直跑在前面的桓温也被流箭射中胯部骑的马。晋军惊慌失措，想退后。这时，袁乔命令鼓手猛击战鼓，并敦促后面的士兵向前迈进。晋军拼命向前冲，击败蜀军，一直攻入城市。李势带着残兵逃离成都，逃离后不久又回到成都。这次向桓温投降，不是反击成都。
三年(347)三月，东晋永和占领蜀地46年的成汉国，至此灭亡。
桓温在成都待了一个多月，留周抚镇守成都，自己带兵回江陵，李势等成汉宗族都被送往建康。因此，桓温被封为临贺郡公，安西将军改为征西将军，待遇按三司级别进行。三司三公是魏晋时期待遇最高的官位，当然没有权力。桓温不仅待遇如三公，而且掌权。他的将军袁乔是龙翔将军、湘西伯、司马无忌前将军，周抚是益州刺史。被俘的李势也被封为归义侯。在晋朝，皇室的爵位从高到低依次为王、公、侯、伯、子、男。其中，只有王子才能封王。大臣的爵位依次是郡公、县公、郡侯、县侯、开国侯、开国伯、开国子、开国男、乡亭侯、关内侯。桓温被封为郡公，是最高级别，此时桓温只有35岁。
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尚书左丞荀瑞等人都担心桓温的权力，提醒楚太后要防备此人。楚太后和司马昱商量后，决定用一个足够聪明的大臣来对抗桓温，以达到制衡的目的。这个人被选为殷浩。殷浩曾是余亮的记室参军，很有才华，但讨厌当官，与余亮交好，才给余亮面子跟着余亮从政，后来余亮病死，尹浩立刻隐居。司马昱几次请殷浩，殷浩拒绝了。司马昱亲自劝他说:“你的才能足以治国安民。如果你必须隐藏在深山里，国家的发展将受到影响。你的退休和就职关系到国家的兴废。想想你该怎么办？尹浩听了很高兴，当然也被司马昱的话逼到了那里。退休就是抛弃国家利益，不管不顾，他还能退休吗？于是答应出山，被任命为扬州刺史。
桓温听说朝廷重用尹浩来牵制自己，轻蔑人道:“我小时候和尹浩一起玩，尹浩把我扔掉的东西捡了回来。这个人比我差多了。”
桓温做了什么，让原来的一代英雄走到了一万年的尽头？