刘裕的北伐，一共有两次，前一次伐南燕，后一次伐后秦，这是东晋灭亡前的最后两次北伐，也是十六国末期南方政权的两次比较精彩的“演出”。关于这两次北伐的详情，理论上应该属于十六国历史的部分，有兴趣的可以参读《纵横十六国》中相关段落比较详尽的介绍。
两次北伐颇有些相似之处，比如都灭亡了讨伐的目标，取胜后不久刘裕就都因为后方的问题而回师建康，没能再继续扩大战果。不同的是，南燕离东晋的统治中心较近，得到的领土比较容易守住；后秦离统治中心较远，又被充斥狄、戎之风的各小国包围，其领土很快就被北方各国重新占据。
仔细推敲起来，刘裕的北伐实际上是捡“软柿子”捏。南燕和后秦的建立者虽是叱咤十六国的慕容氏和姚氏，但到了刘裕掌权的时代早已今不如昔了。这两个国家的情况类似，都是年轻的国君刚登基不久，内部人心不定，国势日蹙，早晚是他人口中的肥肉。北魏对于关东的二燕早有吞并之意，只是一时腾不出手；至于关中，那更是群狼争食，英雄必争之地。刘裕能灭掉这两个国家，最关键的一点是时机把握得好，军事策略还在其次。刘裕在军事上的成就，与曹操大致相仿：曹操是统一了北方，消灭了除刘备和孙权以外的其他军阀；刘裕则是统一了南方，消灭了除北魏与夏国以外的其他主要割据势力。刘裕的政治能力在南北朝时期也是一流，但却比曹操略逊一筹。最明显的一点，他对于事态形势的预判性，常常显得滞后，比如在讨伐南燕的同时，没能先消灭搅局的卢循，也未曾想到此人能够乘着东晋后方空虚之机，把它的腹地捣得几乎稀巴烂。
刘裕的误判，尚情有可原，他无法料到这流窜一方的“蟊贼”身边竟有牛人，向卢循献了不少理论上切实可行、同时也被事实证明十分有效的计策。若不是卢循贻误战机，可能东晋之后的历史又会改写。
这位牛人便是卢循手下的名将，说出了“使我得为英雄驱驰，天下不足定也”这样豪言壮语的徐道覆。
东晋义熙五年（公元409年），刘裕领兵伐燕，围困南燕都城广固数月，南方兵力严重空虚。徐道覆认定有机可乘，便给卢循写信，劝他北上攻打建康，卢循不听。徐道覆心中着急呀，就从自己所驻的始兴亲自跑到番禺，面见卢循，说：“咱们呆在这鸟不拉屎的岭南（东晋时期，两广一带仍然是地广人稀，加之丘陵众多，交通不便，一向被人鄙视为蛮荒之地），哪里是个正理，只不过是刘裕那家伙实在厉害，咱们打不过呀。现在正好他在打攻坚战，一时半会儿回不来，咱们若能抓住这个机会出兵，留在南方的何无忌、刘毅等人哪里是咱们的对手，取之易如反掌。要是错失良机，在这里苟且偷安，等刘裕破了燕国，休整兵众，不出两年，肯定会来打将军您。到时候他亲自前来，即使将军英明神武，恐怕也不是他的对手啊。机不可失，时不再来，攻下晋国的都城，才是根本之计。刘裕再想回来援救，可就无能为力了。”一席话说得还做着“偏安梦”的卢循茅塞顿开，点头称是。
于是，卢循在次年与徐道覆会合于始兴，然后兵分两路北上进攻建康。东路军由徐道覆指挥，顺赣水而下，攻打南康（今江西赣州）、庐陵（今江西吉水北）、豫章（今江西南昌）诸郡。西路军则由卢循指挥，攻打长沙等郡。东晋各郡的守相都不作抵抗，望风而逃。卢循的两路军进兵顺利，所向无敌。
东晋朝廷还没得到刘裕的战报，却先遭受了沉重的打击，形势危急之下只得征召刘裕回兵。这时徐道覆的军队已经开到了豫章附近，在倒桓之战中立下大功的何无忌此时正驻守寻阳，不知为何忽然急着要迎战（也许是要和刘裕抢功吧，刘裕战功显赫，朝中嫉恨他，不服他的人也不在少数），左右都劝他固守寻阳、豫章，以逸待劳，他执意不听，结果在豫章城外与徐道覆的水军相遇。
徐道覆确实是个人才，他在没有发兵之前，就在积极为打仗做准备，收集了大量造船的材料，战事一起，十几天就造出了许多大船，十分管用。何无忌与徐道覆对阵，却只有小船，完全不是大船的对手，所率的士卒很快四散溃逃，何无忌虽然勇武，但却寡不敌众，当场战死。
何无忌的死讯传来，东晋防线一泻千里，朝廷大为震惊，甚至打算放弃京城，向北投奔刘裕。幸好刘裕已经得到诏书，留下南燕降将韩范、封融等人，自己率大军南归。（久而久之，他的得力助手刘穆之还是给韩范、封融安了个谋反的罪名，把他们都给除掉了。）
刘裕回到山阳（今江苏淮安），听说了何无忌战死的消息，担心京城失守，便以精锐骑兵昼夜兼行，并带着几十个人微服来到淮上，向南来的行人打听京城的最新情况。行人说：“贼人还没到京城，假如刘裕现在回来，那就没什么可担忧的了！”（可见刘裕在当时已经很被普通老百姓信任和看重了）刘裕这才放下心来，一路南行，渡过长江，进驻京口。东晋朝廷吃了定心丸，稍稍安定了一点。
然而只过了一个月，倒桓的另一名功臣刘毅就在与卢循的对阵中打了败仗，形势再度吃紧。原来卢循、徐道覆连克数郡，刘毅一直在生重病，没能及时出兵，他的病一好，就决定南下征讨卢循。刘裕生怕刘毅轻举妄动，亲自修书一封，劝他说：“贼人新近获胜，锋芒正劲。我现在就要造好船只了，待我完工，便与你一同发兵。”刘裕并许诺克敌制胜时，将长江上游的委任大权都交给刘毅，还怕他不听，派了刘毅的从弟刘藩前往送信。刘毅呢，决然不从，怒道：“当年我不过是将功劳让给了刘裕而已，你还真以为我比不上刘裕么？”说罢，把书信扔在地上，亲自率领两万水军，从驻地姑孰溯江而上，进兵寻阳。
这时卢循的西路军已经攻下巴陵，正要攻打江陵，徐道覆的东路军则已逼近寻阳，听说刘毅来了，立即派快马通报卢循说：“刘毅兵众很多，成败之事在此一举，你我应该合力对抗。此战若捷，则天下可定，江陵更不足忧了。”卢循十分高兴，便从巴陵顺江而下，与徐道覆联兵一处，共同进军，与刘毅的军队在桑落洲（今江西九江东北）大战。卢循的两路水军有十万之多，刘毅完全不是对手，一败涂地，丢了船只，带了几百个随从步行逃走，其余部众、船只、武器都被卢循缴获。
（由何无忌与刘毅的失败也可看出，他们两人与刘裕虽然同为起兵消灭桓玄的头号功臣，但在能力上是有高低的。何无忌、刘毅在心里都不服刘裕，可战绩毕竟是摆在那里无法抵赖的，刘裕的的确确配得上晋末第一人的称号。）
卢循与徐道覆乘胜杀到江宁，前方已近建康，将士人数达到十几万，船只前后绵延数百里，声势无比浩大。建康城内能抵抗的士兵只有数千，眼看京城不保，要求朝廷过江北迁的呼声越来越高，孟昶更是认定刘裕不是卢循的对手，刘裕则认为：“朝廷一旦迁动，全局就会土崩瓦解，江北又哪里保得住？如今虽然兵士不多，但还可以打一仗。如果打赢了，则上下都安全，若是真的打不赢，我自会承担责任，以身殉国，又怎能苟求寸日存活？我计已定，你不用再说了！”孟昶仍旧无比悲观，便向朝廷上了一份表，说自己赞同刘裕北伐不对，以致现在社稷危殆，写完后便服毒自杀。
事实上，孟昶算对一半，而刘裕则算对了另一半，以赌徒的性格，有一半的把握，就至少要博他一博。最后的结果证明，刘裕的眼光准，运气好，博赢了。先说孟昶的一半，卢循身边的将才徐道覆，不但有识，而且有胆。他知道己方已处绝对优势，而刘裕的军队为伤病困扰，还在休整之中，正是毕其功于一役的时机，便向卢循请求，从新亭、白石烧船上岸，分几路进攻建康，与刘裕决战。而刘裕的那一半则押在卢循身上，卢循此人多疑少断，因为听到刘裕回师的情报，心生恐惧，裹足不前，只与刘裕对峙，延误了最佳的战机。卢循的如意算盘是退守寻阳，攻取江陵，以两州的地盘与朝廷对抗（战略家的眼光往往就从与普通人思想观点的对比中得到反衬）。徐道覆长叹一声，说出了那句哀叹与豪言：“我终为卢公所误，事必无成；使我得为英雄驱驰，天下不足定也。”
对峙期间，刘裕在京城一带招募了不少新兵，壮大自己的兵力，聚集大军专守石头城。刘裕又采纳部下虞丘进（注意这个人是复姓虞丘，单名进，而不是姓虞）的计策，在城外围好防御的栅栏，修筑查浦、药园、廷尉三左堡垒，派兵防守。
工事完成，卢循再来打时，就不再有好运了，连续两月不能打下栅栏，船只还碰上了夏季的暴风，翻船淹死了不少人。卢循摇头对徐道覆道：“哎，军队疲乏了，难振作咯，咱们还是据守寻阳，西取荆州，再整天下吧。”只好下令退守寻阳。（估计徐道覆这个时候恨得牙痒痒，心里想：
“活该啊，早知今日，何必当初，可怜我徐道覆到头来要陪着你倒霉！”）
然而胜败之势逆转，便再也难以恢复，刘裕得到了最重要的财富——时间，便开始造大船，训练水军，组建起一支强大的军队。同时他派孙处与沈田子率领三千士兵从海路偷袭卢循的后方老巢番禺。卢循的军队北上，几乎是倾巢出动，番禺的防守早被忽略，孙处等人来到番禺，碰上大雾天，便猛攻人数极少的守军，一举成功。
北面的卢循各部全线陷入被动：徐道覆攻江陵不下，卢循本人又在雷池战败，想要逃往豫章，在左里一带（今江西都昌西北）筑起栅栏，却挡不住刘裕新建水军的强大攻势，死伤惨重，卢循只坐了一条小艇逃跑。
卢循与徐道覆退到广州境内，还想负隅顽抗。义熙七年（公元411年）初，徐道覆的始兴城被晋军攻破，徐道覆战死。卢循攻不下孙处固守的番禺，继续退入交州，最终被逼到龙编（今越南北部）的一条河边，投河自尽。东晋末年最后一场大内乱——孙恩卢循之乱至此画上了句号。