東晉時期，除了祖逖，也有一位名將桓溫北伐，希望奪回被五胡取了的半壁江山。桓溫，是一名軍事將領、權臣，為晉明帝的女婿，他分別於354年、356年及369年發動北伐北方十六國的戰役。但除了第二次北伐成功收復洛陽，其餘兩次皆被擊退，成效都不大。
而桓溫的北伐，為其帶來極大聲望，尤其第二次北伐收復洛陽後，桓溫曾在362年請求遷都洛陽，讓昔日南渡江左的士庶一律北徙。
影視中的桓溫 (網上圖片)
當時南渡士族很多都不願放棄南方，加上當時洛陽正受前燕所攻，都不欲北歸，但因朝廷畏懼桓溫，竟沒人敢首先出言諫止，而只有孫綽敢上疏反對。當時朝廷更打算派侍中勸止桓溫，可見桓溫在當時的威望極高，足以動搖朝廷。
實際上，即使桓溫北伐「光復」洛陽，因他的政治野心，而得不到舉國同心支持，故申胤才有言：「晉室衰弱，溫專制其國，晉之朝臣未必皆與之同心。故溫之得志，眾所不願也，必將乘阻以敗其事。」最終桓溫第三次北伐，因策略失敗，糧盡而大敗。他被逼放火燒船、棄輜重鎧甲，倉皇而回，令桓溫威望大跌，更令朝野怨恨。
權傾朝野的桓溫見狀，促使他放棄外討增加名望，視線轉而對內行廢立，於是桓溫在371年廢黜晉廢帝，並誣陷武陵王司馬晞等人，令桓溫的威勢比皇室更盛，《晉書·桓溫傳》記載，廢帝一見桓溫就先遙拜他，謝安稱「未有君拜於前，臣揖於後」威勢可見一班。不過始終因北伐失敗，桓溫在死前希望欲得九錫以達成其篡位計劃，被謝安等人藉故拖延，直至去世時也未能實現。
桓溫大敗後，北伐之事亦再沒進行。雖在第二次北伐時一度奪回洛陽，但進兵時佔據的司、兗、青、豫地區其實在桓溫班師後就被前燕所陷，數年後洛陽亦得而復失，可見戰果其實不甚持久。
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桓溫不只是因為他是駙馬而權傾朝野，他亦有真才實幹、軍事才能和政治抱負，要不然都不能剿滅成漢，收復徐州、豫州等地。然而他在歷史上的爭議性，主要在於他晚期顯露出來的篡權異心，由他說過一句極為經典的話，「既然不能流芳百世，不如就遺臭萬年耶！」就已可見。而桓溫的政治野心，亦限制了他的北伐活動，北伐得不到廣泛支持。而在《晉書》中，桓溫和王敦的列傳放在一起，統領的兩個字是「叛逆」。