十一月，辛未（初五日），桓温率益州刺史周抚、南郡太守谯王司马无忌伐汉，上表后立即出发；委托安西长史范汪处理留守事务，加周抚都督梁州四郡诸军事；（胡三省注：梁州四郡是涪陵、巴东、巴西、巴郡。）派袁乔率二千人为前锋。
朝廷因蜀道险远，桓温兵少深入，都担忧，只有刘惔认为必克。有人问原因，刘惔说：“从博戏可知。桓温是高手，没有把握不会行动。只恐克蜀之后，桓温终将专权朝廷。”
永和三年（丁未，347年）
1春季，二月，桓温军至青衣（今四川名山北）。（胡三省注：青衣县，汉属蜀郡；后汉顺帝阳嘉二年更名汉嘉；蜀立汉嘉郡。刘昫说：眉州青神县临青衣江，西魏置青衣县。青衣水出卢山徼外，东北流至武阳入江。杜佑说：嘉州是故夜郎国，汉武开置犍为郡，治龙游县，是汉青衣道，在大江、青衣二水交汇处。）汉主李势大发兵，派叔父右卫将军李福、堂兄镇南将军李权、前将军昝坚等率领，自山阳（今四川乐山北）赴合水（今四川乐山东）。（胡三省注：山阳在岷江以北，峨眉山南。《水经注》：江水东南过犍为武阳县，青衣水、沫水从西南来合注。合水当在此地。）诸将想在江南设伏待晋兵，昝坚不听，率兵自江北鸳鸯碕（今四川乐山北）渡向犍为。（胡三省注：犍为，唐嘉州犍为县，在州东南。）
三月，桓温至彭模（今四川彭山）；（胡三省注：彭模即汉犍为郡武阳县的彭亡聚，岑彭死处。《水经注》：江水自武阳东至彭亡聚，称平模水，也称外水。平模距成都二百里，在今眉州彭山县。）议者想分两军，异道并进，分散汉兵势力。袁乔说：“现在孤军深入万里，胜则大功成，不胜则无遗类，应合力一战取胜。若分军，众心不一，万一偏败，（胡三省注：偏败指两路并进，一军败。）大事完了。不如全军前进，弃釜甑，带三日粮，以示死战，必胜。”桓温听从。留参军孙盛、周楚率弱兵守辎重，桓温自率步兵直指成都。周楚是周抚之子。
李福进攻彭模，孙盛等奋力反击，击退他。桓温前进，遇李权，三战三胜，汉兵散逃归成都，镇军将军李位都迎降桓温。昝坚到犍为，才知与桓温异路，返回，自沙头津（今四川乐山北）渡江，等赶到，桓温已在成都十里陌驻军，昝坚部众溃散。
李势倾巢出战于成都笮桥（今四川成都西南），（胡三省注：《水经注》：万里桥西有夷桥，也称笮桥。）桓温前锋失利，参军龚护战死，箭射及桓温马首。众惧欲退，而鼓吏误鸣进鼓；（胡三省注：擂鼓进军称进鼓。）袁乔拔剑督士卒力战，大败汉军。桓温乘胜长驱至成都，纵火烧城门。汉人惶恐，无斗志。李势夜开东门逃，至葭萌（今四川广元），派散骑常侍王幼送降文给桓温，自称“略阳李势叩首死罪，”（胡三省注：李氏先从巴西迁略阳。）不久用囚车自缚至军门。桓温解缚焚棺，送李势及宗室十余人至建康；举用汉司空谯献之等为参佐，表彰贤善，蜀人喜悦。
2日南太守夏侯览贪婪放纵，侵害胡商，又征调船材，称要讨伐，因此各国愤恨。林邑王文攻陷日南（今越南广治），将士死五六千，杀夏侯览，以尸祭天；传檄交州刺史朱蕃，请求以郡北横山（今越南广平北）为界。（胡三省注：今邕州南界有横山，横截江河，我朝设横山寨及买马场。按刘昫《旧唐志》，汉武开百越，在交址郡南三千里置日南郡，治朱吾。林邑即汉日南郡象林县，在郡南界四百里。后汉中原丧乱，象林人区连杀县令，自称林邑王。邕州渡海至交趾，交趾三千里至日南。此横山在日南郡北界，非今邕州横山。）文离去后，朱蕃派督护刘雄戍守日南。
3汉旧尚书仆射王誓、镇东将军邓定、平南将军王润、将军隗文等都起兵反叛，各有部众万余。桓温自攻邓定，派袁乔攻隗文，都击败他们。桓温命益州刺史周抚镇彭模，斩王誓、王润。桓温留成都三十日，整军还江陵。（胡三省注：《左传》说：入而整军。杜预注：振是整，旅是众。）李势至建康，封归义侯。夏季，四月，丁巳（二十九日），邓定、隗文等入据成都，征虏将军杨谦弃涪城，退保德阳（今四川遂宁）。
4后赵凉州刺史麻秋攻枹罕（今甘肃临夏）。（胡三省注：晋昌太守郎坦认为城大难守，（胡三省注：惠帝分敦煌、酒泉为晋昌郡。枹罕县，前汉属金城郡，后汉属陇西郡，张轨分属晋兴郡。《水经注》：晋昌川在湟中浩亹县西南。刘昫说：晋昌郡是汉寘安县地；唐为晋昌县，瓜州治所。）想弃外城。武成太守张悛说：（胡三省注：武成郡也是张