洛阳，主持司州事务。
十一月，刘裕派遣左长史王弘回建康讽朝廷求九锡。九锡，是天子赐给诸侯、大臣的九种器物，是一种最高礼遇。魏晋六朝掌政的大臣将要夺取政权、建立新王朝都会沿袭王莽篡汉先邀九锡故事，后来以九锡为权臣篡位的先声。当时刘穆之留任京都，他见王弘带着旨意从北方来，自觉迟钝——刘公那么信任自己，而自己却不能体会刘公的心意，刘公岂不要责怪自己不够忠心吗？于是在忧惧之中病。
十二月，朝廷下诏以刘裕为相国、总百揆、扬州牧，封十郡为宋公，备九锡之礼，位在诸侯王之上，刘裕对朝廷给予他的厚礼又辞让不受。这都是他学前人的样子：一方面要给自己造势，另一方面又摆出高姿态以赢得声誉。
义熙十三年（公元417年）正月，刘裕率领水军从彭城（今江苏徐州）出，带着被封为桂阳公的次子刘义真，一同前往，留下第三子彭城公刘义隆镇守彭城，朝廷随即任命刘义隆为徐州刺史。
其后刘裕的大军从淮河、泗水进入清河，然后再进入黄河，溯流西上，他们派使者向魏人借道，魏主拓跋嗣派十万兵驻扎黄河北岸以防晋军入侵。在刘裕西行的过程中，魏兵数千骑兵始终沿着北岸监视晋军西行，晋军船只有因风漂流到北岸的，魏军就杀了船上的军人，这大大激怒了刘裕，他令壮士丁旿带领七百人渡河，在岸边摆好却月阵，然后张设大弩，魏军包围他们，大弩用不上了，他们又改用大锤锤击短矟，一矟能贯穿三四个人——矟是一种长杆的矛,截断长杆就成短矟。魏军不能抵挡，崩溃，晋军乘势追击，杀死、俘虏了上千人，临阵斩了魏的冀州刺史阿薄干。
晋各路军虽有阻碍，但总势节节向前。
四月，刘裕到达洛阳。七月，进入陕县（在今河南三门峡）。
八月，刘裕进入潼关。此时王镇恶率领水军从黄河进入渭水，直趋后后秦都城长安，后秦军奋力抵抗，王镇恶身先士卒，在长安东北的渭桥大破秦军，前来援救的秦主姚泓单马逃回宫中。王镇恶攻破北门，姚泓见大势已去，不得不带着他的妻子儿女和群臣到王镇恶的军营门前投降。
九月，刘裕进入长安，他对前来迎接的王镇恶说：“成就我霸王大业的，是卿啊！”
刘裕把收缴来的后秦的彝器、浑仪、记里鼓、指南车等送往建康，其余金玉珍宝都奖赏给了将士，而对前来投降的后秦贵族，刘裕把他们都杀了——他的这一做法往往为世人诟病。原先逃亡后秦的司马休之和鲁轨等尽皆逃亡北魏。随后，刘裕又把姚泓送往建康，斩之于闹市。
至此，后秦历三帝三十四年而亡。
在前后八年的时间里，刘裕灭了北方十六国中的两个国家，这在建都江南的政权里，还没有人能做到。
刘裕原准备继续经略赵、魏，即平定中原，这时留守京都的刘穆之病亡，刘裕觉得根本无所托，或许会出现意外，于是决定尽快东回，留下十二岁的次子桂阳公刘义真镇守长安，任命他为安西将军、雍州刺史，同时留下心腹将领辅佐他：太尉咨议参军王修任长史，王镇恶任司马兼冯翊太守，沈田子、毛德祖任中兵参军。
三秦（秦王朝灭亡，项羽把秦故地关中三分）父老听说刘裕要东归，失望之