桓溫北伐，是東晉時期將領桓溫分別於永和十年(354年)、永和十二年(356年)及太和四年(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，成效不大。
背景
永和七年(351年)，後趙滅亡，後趙將領姚弋仲降晉，其子姚襄亦隨父歸降，皆獲東晉遙封官職及爵位。次年姚弋仲死，姚襄依從父親遺命南奔東晉，駐屯譙城。永和八年(352年)，姚襄在謝尚兵敗後退屯歷陽，並大行屯田及訓練將士。然而因爲殷浩忌憚姚襄，竟多次派刺客刺殺他，又派魏憬意圖偷襲他，最終令姚襄決心叛晉。永和九年(353年)，姚襄就於殷浩北伐期間臨陣叛晉，倒伐攻擊殷浩，不但令殷浩北伐失敗，更盤據淮河一帶，在盱眙建立根據地。
永和十年(354年)，江西流民郭敞等人在東晉僑置陳留郡的堂邑叛亂，捕擄陳留太守劉仕向姚襄歸降。因着臨近東晉賴以自守的長江天險，於是令東晉朝廷十分震驚，立刻加強對京師建康的防守。然而，姚襄沒有南進，反倒北歸，於是轉據許昌。
原本降晉的周成又於永和十年叛晉，進據洛陽。姚襄據許昌後就於永和十二年(356年)起兵進攻洛陽。
另一方面，完成第一次北伐而回荊州的桓溫多次上表請求遷都洛陽，修復在洛陽的皇家園陵，但都未獲批准。隨後又升桓溫爲征討大都督，督司、冀二州諸軍事，專委討伐姚襄之任。而因此就促成桓溫發動第二次北伐。
過程
桓溫於永和十二年(356年)在江陵起兵，先遣督護高武據魯陽，輔國將軍戴施駐屯黃河上，以水軍進逼許昌和洛陽，更請徐、豫二州派兵經淮泗入黃河協助北伐。桓溫自己則從後領兵作衆人繼援。
八月己亥日，桓溫到達洛陽城南的伊水，久圍洛陽不破的姚襄於是撤去圍城軍，轉而抵抗桓溫，並在伊水水北的樹林中埋伏精兵，試圖誘使桓溫率兵後退，在其後退時派伏兵突擊。然而桓溫拒絕姚襄後退的請求，姚襄意圖依伊水而戰，而桓溫則結陣向前進攻，更親身披甲督戰，於是大敗姚襄，姚襄逃到洛陽北山，及後更與餘衆西奔幷州，桓溫未能追及。
隨後，周成以洛陽向桓溫投降。桓溫及後留兵戍守洛陽，並且置陵令，修復各個皇陵後就押著周成及帶着三千多家歸降的平民南歸。第二次北伐至此結束。
