北伐背景
对于偏安东南的东晋来说，北伐中原，恢复晋朝疆域，是东晋有识之士的一贯认知。可惜的是，这种想法只存在于少数人心中，大多数人甚至包括皇帝对北伐一事的决心明显不足，更为重要的是，东晋缺少一个能够站出来的北伐将领，尽管祖逖曾一度收复河南，但其与岳飞却有着相同的经历，这就导致东晋立国的几十年来，北伐一事一直都没有取得太过明显的成果。
公元年，东晋当时负责北伐的是中军将领殷浩，不过，殷浩并不敢北伐，并同时还极力阻止桓温北伐。桓温多次上表请求北伐，都被人给驳回了。一气之下的桓温直接带兵向朝廷逼近，最后在会稽王司马昱的劝说下，东晋才避免了这场内乱。
或许是桓温的东座影响了殷浩，公元年，殷浩上书请求进攻许昌、洛阳等地。很可惜，殷浩失败了，败的不能再败了。桓温、姚襄（与殷浩有仇，殷浩北伐时带兵伏击殷浩，使殷浩损失惨重）就上书朝廷，历数殷浩的罪状。最终，殷浩被贬为庶民，东晋的军权自此落到了桓温手中。遂开始谋划伐秦、伐燕之事。
战场分析
当时的前秦与东晋的疆域大概是以武关、紫荆、南乡为界。桓温伐秦自襄阳水陆并进，然后集军于南乡，向北进攻武关、上洛、蓝田。同时，桓温派司马勋屯兵汉中，沿子午谷偷袭长安后方。
桓温伐燕时，双方边境大概是东晋琅琊、前燕高平，以泗水、汶水、济水为境。桓温以豫州刺史袁真沿涡河而上，凿涡水上游通汴水以入济水。袁真失败后，桓温改在山阳集军沿泗水逆流而上进入巨野，然后凿巨野泽通济水，沿济水进入枋头。
伐秦作战经过
公元年，东晋永和十年三月，桓温誓师北伐。桓温率步骑四万，自江陵出发，水军自襄阳入汉水逆流而上前往南乡。晋军在步骑集中在淅川后，开始向武关挺进，同时，桓温又派司马勋率军自汉中出子午谷偷袭秦军后方。同月，桓温派别将攻陷了上洛、青泥。而司马勋则已经进军到长安以西，前凉秦州刺史王擢则攻陷了陈仓以此接应桓温。
面对晋军的进攻，前秦苻健决定主动出击，他派长子苻苌、丞相苻雄、淮南王苻生、平昌王苻菁、北平王苻硕等人率领步骑五万，进驻峣柳愁思塠防御桓温。四月二十二日，双方在蓝田交战，前秦淮南王苻生勇武过人，单骑闯入晋军阵中往返十余次，桓温亲自督阵，最终拼尽全力将前秦军击败，并在追击过程中又大败苻雄军于白鹿原。前秦战败之后，只得退守，利用灞水、浐水来抵御晋军。
当桓温率领主力进至灞上时，苻苌则率军退守至长安城南，苻健率领六千老弱固守长安小城（长安外城有小城），然后集中三万精锐，由大司马雷弱儿率领与苻苌会合共同抵御桓温。
桓温连战连胜，前秦三辅郡县全部投降于桓温，周围百姓都带着牛羊前来犒劳晋军，有老者泣曰：“不图今日，复见官军。”桓温一边安抚百姓，一边准备与秦军交战。就在此时，负责西南面的司马勋部突然被苻雄带着余骑兵击溃。司马勋退守文娲堡，前秦西南面的威胁就此解除。
司马勋败退后，桓温驻军灞上，不敢冒进。尤其是因为推进速度过快，东晋的战线拉长，粮草运输越来越困难，桓温军中也出现了粮草不济的现象。就在桓温停滞不前时，在华山隐居的王猛来到桓温大营中。桓温就问王猛：“我奉天子之命，率精兵十万，为百姓除贼，为何三秦的豪杰却无一人前来归附于我？”王猛答曰：“桓公虽不愿万里，深入敌境，但你在灞上却停滞不前，关中人都不知道你的心思，所以不敢前来。”桓温暗暗吃惊，遂拜王猛为祭酒。至于桓温为何吃惊，因为桓温北伐并不是真正意义上的北伐，桓温只是想通过功名来镇压江东的士族和朝廷百官，而这一企图被王猛猜中，所以最后桓温说江东没有一人能比的上王猛。
桓温部下振武将军薛珍建议桓温强渡灞水，进攻长安，桓温没有同意。桓温打算耗到前秦麦子熟时就地取粮，但秦军根本没给桓温机会，早一步就抢先割下了麦子。得知桓温粮草情况后，苻雄率军反击，双方再次在白鹿原交战，晋军大败，死伤一万余人。没了粮草的晋军只好于六月一日带着关中三千多户百姓开始撤退。桓温临走时想带着王猛，但王猛没有同意。
桓温撤军后，苻健一边命苻苌率骑兵追击，一边命苻雄进攻王擢、司马勋。桓温在撤退的过程中屡屡失败，当撤退至襄阳时仅撤退路上的损失就有一万余人。而西边的司马勋与王擢也被前秦击败。自此，桓温伐秦之战结束。
伐燕作战经过
前燕自领土与东晋接壤以来，一直到公元年之前，双方都没有爆发过太大的军事斗争。公元年，东晋燕陵太守、济北太守、建兴太守，前秦河内太守、黎阳太守全部降燕。次年，前燕开始了大规模的军事调动，大司马慕容恪率军渡河向齐地发起进攻，晋守将段龛率军三万抵抗燕军，不敌，只好退守广固。燕军则采取围城战团团将广固围住，一直到广固城中粮草耗尽，段龛不得已只好率军出击，被燕军歼灭，自此，前燕占据了山东地区。
公元年，桓温想要趁着前燕慕容恪去世，率军北伐。桓温深忌徐州刺史郗愔，但郗愔并不知情，一直派人给桓温送信请求北伐。当时，郗愔的儿子郗超是桓温的参军，看到父亲的书信后，立刻烧毁，并替郗愔写了一封告老还乡信。桓温大喜，改任郗愔为冠军将军，自领徐、兖州刺史。
三月，桓温命豫州刺史、西中郎将袁真率军自寿春沿着涡河逆流而上，进攻谯、梁、石门，以此疏通水路伐燕路线，但袁真攻克谯、梁之后，被阻拦在石门前，因此桓温想从水路北伐的想法落空。
四月，桓温派弟弟南中郎将桓冲与西中郎将袁真率步骑五万，自姑孰出发，与中旬在兖州集结全军，正准备继续向北挺进时，参军郗超说：路途遥远，汴水又浅，漕运恐怕难以运行。桓温不听，为了打通汴水，于六月进至南乡。之后，桓温派冠军将军毛虎生在巨野开凿了三百里水路，引汶水入清水再入黄河。桓温因此率领水军从清水进入黄河，前后绵延数百里。
郗超此时又建议桓温：从清水到黄河，逆流而上，路途遥远，运输艰难。一旦敌军坚守不出，粮草断绝后，就地取粮也不可能，那么我军到那时就会十分危险。不如率领主力，由陆路直奔邺城，敌人如果畏惧您的威名，就会望风而逃，如果出城迎战，正符合我们的心意。就算敌人坚守城池，盛夏之季也很难坚守，而易水以南的百姓得知官军到来后，一定会前来投奔。我知道桓公你一向稳重，认为此计过于锐利。如果保守进攻，则应该屯兵阿济，然后等粮草物资运至前线充足后，等到来年夏季再进攻也可以。如果连军北上，进攻无法速战，退兵又会损失，敌人就会借此拖延时日，等到秋冬之际，水运艰难，天气寒冷，我军将士又没有御寒衣物，那么形势对我方就会很不利。
郗超分析了一大堆，桓温依旧没有听从，派邓遐、朱序为先锋，桓温率大军断后，水陆并进向北进军。
燕帝慕容暐得知桓温北伐的消息后，任命下邳王慕容厉为征讨大都督，率步骑两万迎敌，双方在黄墟（河南民权）交战，慕容厉大败。看到燕军失利，燕高平太守徐翻举郡投降于晋军。接着，晋军又击败了燕将领傅颜，大败援军慕容臧。连战连败，慕容暐急忙派遣常侍李凤向前秦求救。
七月，桓温率军抵达至武阳，前言原兖州刺史孙元其起兵响应。当桓温进军至枋头时，慕容暐大惊，想要逃往和龙。吴王慕容垂阻拦道：”臣请出击，弱败，再走不迟。“于是，慕容暐任命慕容垂为南讨大都督，率军五万迎击桓温。
当慕容暐的时节抵达长安后，提出以虎牢为交换，请求前秦出兵。苻坚召集群臣商议，群臣都认为当年桓温进军灞上，燕军没有动作，如今桓温伐燕，我们也不应该有动作。只有王猛暗中劝苻坚出兵，他说：燕军虽强，但并不是桓温的对手，若桓温击败前言，那么陛下的大业将会就此失去。不如出兵与燕合力击退桓温，然后趁燕疲惫而取之。同年八月，苻坚派苟池、邓羌率骑兵两万，自洛阳进入颍川地区。
在慕容垂率军出征时，前燕太傅封孚就问司徒左长史的申胤：晋军实力强劲，为何却驻守高岸，不主动进攻呢？申胤的回答可以说是切中的桓温的缺点，他说：按照晋军的声势，本应该战胜我军，但晋室衰弱，桓温专权，晋臣不可能让桓温成功，一定会想方设法阻拦桓温北伐。而桓温作战谨慎，不善应付突发事件。如今，桓温不利用优势继续推进，反而坚守不住选择观望，一旦粮草中断，必定不战而退。
慕容垂自邺城南下，以悉罗腾为前锋，又遣范阳王司马德率轻骑袭扰桓温后方。而桓温以燕降将段思为向导缓慢前进，当两军在黎阳一带交战后，段思被悉罗腾生擒，桓温又以原后赵将领李述为向导，结果又被引军击杀。两次失败，晋军士气受挫。
九月，燕范阳王司马德率军抵达石门，截断了桓温的退路。豫州刺史李邽也派兵袭扰桓温粮道。接着，慕容德派慕容宙率领一千骑兵为前锋，当慕容宙与晋军相遇时，用二百骑兵佯攻，假装不敌，待晋军追击时，八百骑兵分成三部伏击，大败晋军。
桓温数战失利，粮道断绝，又听说前秦援军将至，就烧毁船只，抛弃轴重，命毛虎生占据东燕，掩护大军，自己则率军自陆路撤退。
桓温自东燕出发，过仓垣，经陈留，急退七百里，途中为防止燕军在河流上投毒，均凿井取水。前燕将领纷纷召集追击，慕容垂阻拦道：不可，虽然桓温败退，但必定以精锐为后，严设警戒。我们应该缓慢追击，待晋军疲软时再进攻。
数天之后，桓温退至襄邑时，慕容德早已率领四千骑兵埋伏在襄邑东涧之中，等待桓温军至，与慕容垂前后夹击，大败桓温，斩首三万余。然后，前秦将领苟池又在谯截击，又斩首一万余。直到十月，桓温才撤退到山阳。
大战之后，桓温将失败归于袁真，上表免除了袁真的官职。袁真不服，上书历数桓温罪状，但朝廷畏惧桓温权势，没有反应。袁真直接占据寿春，投降前燕。
而慕容垂因为击败桓温，声威大振，遭到了燕帝的猜忌，慕容垂被迫投降前秦。
结语
纵观桓温两次北伐之战，均败在谨慎。在伐秦时，桓温驻军灞上，以粮草不济停滞不前，想要就地取粮，又被前秦坚清壁野所阻。如果在抵达白鹿原时，借胜利之势，趁前秦在长安一带防御为稳时迅速出击，或许能够占领长安。在伐燕时，当时东晋在河南尚有范围，有着基本的战略基地，已经具备了取胜条件。但与之前一样，桓温的所有行动无不是为了加强自己权势，在错误思想的引导下，兵临敌国不进，有歼敌良机而不利用，看似谨慎，实际上是另有所图。而在伐燕最初，他不敢采用郗超之计，渡过黄河后徘徊于黄河高岸而不进，既失去了晋军锐气，又给了前燕准备的时间。
按照《晋书》所言，当时东晋，武将早已兼统地方政务，桓温掌握军政大权后，有篡位之心，为了积累声望，故而两次率军北伐。但又害怕失败而损失名望，所以慎之又慎，这也是为什么郗超建议的计策桓温不采纳的原因。而两次失败也均以此故。
而慕容垂迎击桓温，战术运用十分得当，一面正面迎敌，一面分军袭击石门，截断桓温退路及粮道。而在追击之时，慕容垂没有选择立刻追击，而是选择在桓温即将以为撤退成功之时，士兵松懈之际在发动进攻，而桓温所留精锐掩护之兵马，也被慕容垂巧妙战术所击败。故传言慕容垂有大才，非虚言。
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