桓溫剛提出西征蜀國時，朝廷中立即“唾沫星子”亂飛，恨不得淹死他。桓溫把臉上擦擦乾淨，把這些無聊的清談名士全當“鳥人”，說的全當“鳥語”。
他沒有要中央的任何支援，拋棄了大後方，孤注一擲，千里遠征。俗話說：“強弩之末，不能入魯縞;衝風之衰，不能起毛羽”，桓溫能成功嗎?
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在質疑聲中下定決心
建康對於開疆拓土一般分爲兩派。反對派認爲：南方本身脆弱，一折騰自己骨頭都要散架。贊成派認爲：我們是中華正統，爲統一全國的理想而奮鬥，粉身碎骨也不怕。他們吵來吵去就一個主題：“要不要北伐?”因爲對於逃到江南的貴族們來說，光復中原纔是真正的“還我山河”。
桓溫跳出舊框框，選擇了第三條道路：平定蜀國。
他的思路是：北方石虎的國力太強，蜀國弱小，要先易後難。也就是先攻擊敵人力量薄弱的農村地區，再進攻大中城市。
大臣們一聽到桓溫的建議，反應是“呸”、“滾”、“弱智”、“腦子進水了吧”，理由是：1、軍隊人數不足，桓溫以一個荊州的力量擔當滅國的重任，白日做夢、異想天開;2、蜀國地形險阻，易守難攻。路途遙遠，糧草運輸困難;3、石虎可能趁虛進攻荊州。
桓溫被罵得“頭稀昏”，人也傻了。此時任江夏相的袁喬擠開其他下屬，走到前面，說：蜀國李勢是個昏君，自以爲地勢陡峭，不作防備。如果帶上1萬人輕裝上陣，快速奔襲，一定會取得成功。石虎以爲我們有防備，肯定不敢南下，這是千古良機啊。
桓溫一聽，如醍醐灌頂，下定了滅蜀的決心。
在一片“唱衰”聲中，劉惔卻搖搖羽扇，說：桓溫此次一定會成功。
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其他名士不解，問：爲什麼呢?
劉惔說：桓溫是個賭徒，賭博的手段很精，只有拿準了纔出手。我擔心的不是他攻不下蜀國，而是攻下蜀以後，朝廷就無法控制他了。
346年11月，桓溫向建康發出討伐蜀國的奏章，都沒有等到回覆，就義無反顧，帶着1萬精銳部隊踏上了漫長又兇險的西征之路。這一年他35歲。
晉軍一路沒有遇到抵抗
浩浩蕩蕩的艦隊先沿着長江逆流西上，進入蜀的腹地後，棄船登陸。當大軍渡過三峽時，桓溫望着兩岸的高山和腳下滔滔江水，感慨萬千，長嘆說：既然要做忠臣，就不能做孝子啊。他的意思是：此去可能無回頭之日。
李勢在宮內不分晝夜地飲酒作樂，尋歡纏綿，整個國家如一盤散沙，無人問事。桓溫居然沒有遇到敵軍，輕鬆地把重重天險拋在身後，挺進了巴蜀腹地。
李勢才聽到消息，大驚失色，從香豔女人堆裏爬了出來，命令組織人馬抵抗。但高級將領間意見不統一，爭吵不休，完整的作戰方案還沒有拿出來，晉軍已暢通無阻，到達了成都南邊的彭模(今四川彭山東北)，離成都只有上百里。
桓溫打算兵分兩路，同時北上，袁喬說：我們孤懸在外，一分爲二，兵力分散;如果一軍失敗，大勢去了。不如全軍前進，每人只帶三天干糧，與敵人決戰，一定能勝利。
桓溫聽從了他的建議，留下少數人馬駐守彭模，主力部隊直撲成都。沿途的蜀軍全無鬥志，節節敗退。桓溫軍如有神助，士氣高昂，三戰三勝。蜀軍人數遠多於晉軍，但指揮不統一，全線潰敗。
晉軍逼近成都東南兩公里的笮(zuó)橋，雙方在此決一死戰。
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決戰大勝帶有偶然性
最堅定的主戰派袁喬擔任前鋒，一馬當先，然而左衝右突，死傷無數，毫無進展，無奈後退。蜀軍的亂箭射來，一直落到桓溫的馬前，晉軍人心動搖，萬分危急。
桓溫也絕望了，再不撤退可能全軍覆沒，下令鳴金收兵。
傳令官看到崩潰在即，被嚇傻了。聽到命令後手足無措，在極度的恐懼緊張之下，傳錯了命令——不是鳴金收兵，而是擊鼓進軍。戰鼓聲隆隆響起，響徹山林。晉軍被打得頭暈，不清楚戰況。以爲敵人已敗，晉軍取勝，大總攻開始了。個個精神振奮，瘋狂地發起攻擊，喊殺聲沖天。
袁喬聽到鼓聲，勒馬回身，衝進敵陣，士兵們個個視死如歸。蜀軍也被對手的拼命嚇呆了，軍心大亂，轉身就逃，兵敗如山倒。
這一次大戰，蜀軍的主力損失殆盡。李勢慌忙帶着幾個親信衝出成都，先是狼狽北逃，後來也知道無路可走，向桓溫送上了降表。桓溫赦免了他的家族。
李勢被送到建康，被封爲歸義侯，又活了14年，病死於建康。這個位於蜀地的“成漢”國自此滅亡。如果從李特算起，經歷了6主，共46年。
回顧桓溫滅蜀，歷時5個月，是驚心動魄的一次豪賭。最後大戰更是命懸一線、絕處逢生，可以稱得上是“史上最陰差陽錯的勝利”。
桓溫攻下成都後，蜀地再次併入東晉的版圖，成爲益州。但是桓溫心神不寧，一直擔心他的大後方荊州會有閃失。他前後在成都只停留了一個月，就心急如焚地趕回了江陵(今湖北江陵縣)。因爲滅蜀之功，他被升爲徵西大將軍、開府儀同三司、封臨賀郡公。
與滅蜀之戰有關，桓溫還留下了兩個經典的故事。
