在桓温诸弟中，就以桓冲最渊博，有军事才干，于是很受桓温器重。又因桓温世子桓熙才能薄弱，于是在宁康元年（373年）桓温病重时就以桓冲统领他的部众。
然而在此时却令桓熙不满，更与弟弟桓济和因被桓温免官而怨恨桓温的叔父桓秘合谋杀死桓冲。桓冲暗中知道他们的图谋，于是不敢去探病。
桓温当年去世后，桓冲派人收捕桓熙和桓济然后才去桓温的丧礼，后桓秘被废弃不用而桓熙和桓济就被流放到长沙。
桓冲随后就迁中军将军、都督扬豫江三州诸军事、扬豫二州刺史，假节，镇姑孰。
桓温有不臣之迹，而且昔日桓温连处以死刑之事都由自己专任；但桓冲接替他后却尽忠于王室，不但将处死之事都先上报朝廷，连当时有人劝桓冲诛除时望，以专掌权力都被桓冲拒绝。
宁康三年（375年），当时尚书仆射谢安辅政，声望极重，群情所归，桓冲自以气量和涵养都不及谢安，而且自己是将领，军事才能不见用于宰相职，于是打算解任扬州刺史并让给谢安，自求出镇。
这个决定被当时桓氏党众所反对，郗超亦极力劝阻，但桓冲心意已决，完全没有为放弃扬州刺史这个掌握京畿、权位极重的职位感到可惜，只尽心匡国。
当年就改都督徐豫兖青扬五州诸军事、徐州刺史，以北中郎府并入中军将军府，出镇京口。
太元元年（376年），因谢安打算以外戚王蕴出镇，于是让桓冲解任徐州刺史，迁为车骑将军、都督豫州之历阳淮南庐江安丰襄城及江州之寻阳二州六郡诸军事，改镇姑孰。
同年前秦攻伐前凉，桓冲与兄长征西大将军桓豁合作，派了豫州刺史桓伊进军寿阳，淮南太守刘波率水军进兵淮、泗一带，与桓豁所命进攻沔、汉一带的军队共同侵扰前秦以减轻前凉的压力。
及后收到前凉覆亡的消息就罢军。
太元二年（377年），桓豁去世，桓冲迁都督江荆梁益宁交广七州扬州之义成雍州之京兆司州之河东诸军事、领南蛮校尉、荆州刺史，持节镇江陵，余如故。
桓冲出发时得晋孝武帝在西堂饯行，谢安更送行至溧洲。
桓冲到荆州后，以当时前秦强盛，于是意欲移镇加强防守，于是上请从江北的江陵改镇江南的上明。当时荆州因水旱而发生饥荒，朝廷更每年运三十万斛米粮支援桓冲军粮开支。
太元三年（378年），苻坚派大军南侵，鲁阳、南乡、南阳等地都沦陷，分攻两地的石越和姚苌及慕容垂更与苻丕及苟苌和慕容暐会合联攻梁州刺史朱序所驻的襄阳。
当时桓冲虽然在上明拥兵七万，但因畏惧秦军而不敢进攻，所派的刘波亦因畏惧而不敢前进，最终朱序兵败被擒，襄阳失陷。
桓冲在战后引咎上疏请求解职，但不被允许，后更派左卫将军张玄之去桓冲处咨谋军事。
太元六年（381年），秦将阎震和吴仲率兵南侵竟陵，桓冲派桓石虔和桓石民抵抗，大败阎震等并逼令他退守管城，桓石虔继续进攻，成功攻下管城并俘获阎震等二十九人。
次年桓冲又派扬威将军朱绰进攻襄阳，焚毁前秦在沔北的屯田及掠六百多户南归。
然而，在此时前秦天王苻坚已决意消灭东晋，并已在益州命裴元略及王抚造船预备入侵，又作出多次将领调动，为灭晋做准备。
太元八年（383年）五月，在前秦南侵前夕，桓冲自上明率十万兵北伐前秦，进攻襄阳，又派刘波、桓石虔等进攻沔北诸城，命辅国将军杨亮进攻蜀地，攻下五城后再继续进攻涪城，武当亦被鹰扬将军郭铨攻下，别将又继而攻下万岁和筑阳两城。
苻坚于是派征南将军苻睿和慕容垂救援襄阳，当时慕容垂为前锋，进兵至沔水，更命将士每人手持十把火炬夜行，伪装成兵力极大的样子。
桓冲中计畏惧秦军兵多，又因军有疾疫，于是撤还上明，杨亮亦因前秦援兵入蜀而撤军，桓石虔及郭铨在武当击败来援的张崇后亦掳二千户人南归。
战后桓冲向朝廷推荐桓石虔，表他为襄城太守并守夏口；同时亦上请让王荟任江州刺史，但因王荟因兄长王劭去世而辞任，桓冲不满谢安改以谢輶上任，于是自请任江州刺史。
八月，前秦正式派兵大举南侵东晋，苻坚以苻融率慕容垂等人以步骑二十五万作前锋，然而因防桓冲的荆州兵，于是主攻豫州寿阳（今安徽寿县）。
另以姚苌督益梁二州诸军事，更授以自己杀苻生登位时所任的龙骧将军，寄予厚望，似要让他领益州新建水军牵制桓冲。
另又以慕容垂等人别攻荆州江夏附近的郧城。
当时桓冲见前秦倾力南侵，于是派三千精兵入赴建康，以求保全首都，然而谢安认为即使多三千人也是少于敌军，反意图示以悠闲从容，于是拒绝桓冲派兵入援，反要桓冲守着荆州。
但当时桓冲对谢安派谢玄等人抵抗前秦的应对措施没有期望，更向参佐指谢安“大敌垂至，方游谈不暇”，又指谢安派遣的谢玄等人为“不经事少年”，认为此战必败，大家要受胡人统治了。
然而，当年谢玄就于淝水击溃前秦大军，当日在襄阳被俘的朱序也在战后重返东晋。桓冲自感失言之余又因当日力图镇守捍卫国土却令紧密合作的朱序被俘，至那时朱序却与谢玄等暗中合作，击败前秦亦成功回国，更是惭愧不已。
桓冲因长期服用五石散，加上年事已高，因而发病，于太元九年（384年）二月二十七日逝世，享年五十七岁。朝廷追赠太尉，谥号为宣穆。
桓冲灵柩经过江陵时，男女老幼都江边送别桓冲，都哭得十分伤心。后桓玄篡位，追赠桓冲为太傅、宣城王。
桓彝死时，长子桓温才不过十五岁，兄弟们也就很年幼。当时家贫，而母亲又患病，需要吃羊治病。但由于当时家里根本没钱买羊，故此桓温就以桓冲为抵押品去和羊主换羊。
羊主却向桓温说不要桓冲做抵押品，却想为桓家养育桓冲。
后来，桓冲初任江州刺史时，一次外出狩猎遇上羊主，桓冲认出羊主并主动前往相认，更以丰厚的谢礼报答了当日送羊及养育之恩。
房玄龄等《晋书》：“温诸弟中最淹识，有武干，温甚器之。……冲性俭素，而谦虚爱士。”仁者之勇，不其然乎！
至夫基构迭污隆，龙蛇俱山泽，冲逡巡于内辅，豁陵厉于上游，虔振北门之威，秀坦西阳之务，外有捍城之用，里无末大之嫌，求之名臣，抑亦可算。“
赞曰：“矫矫宣城，贞心莫陵。身随露夭，名与云兴。虔豁重世，冲秀双美。国赖忠臣，家推才子。振武谦文，寻邑为群。归之篡乱，曷足以云？”
“冲之为人，雅与温异，颇有公忠之心，其不为非分之图，亦非尽由其才之不及，势之不可也。温据上流久，且夙怀反侧之心，其余毒自非一朝所能消弭，故桓玄足资之以构逆。
然当苻坚入寇之时，晋之克弘济于艰难者，实赖上下游之无衅，其时上下游之无衅，则冲实为之。冲亦可谓贤矣。“
桓家的大权就掌握在桓玄的手中了。
桓玄是桓温的庶子，也是最小的儿子。自幼为桓温所喜爱，晋孝武帝宁康元年（373年），桓温去世，遗命其弟桓冲统率其军队，并接任扬州刺史，以时年五岁的桓玄承袭其封爵南郡公。
两年后，桓玄的服丧期满，桓冲亦离任扬州刺史，扬州文武官员与桓冲告别，桓冲摸着桓玄的头说：“这是你家的旧官属呀。”
桓玄听后就掩面哭泣，众人都对这反应感到诧异。
桓玄长大后，相貌奇伟，神态爽朗，博通艺术，亦善写文章，对自己的才能和门第颇为自负，总认为自己是英雄豪杰。
然而由于其父桓温晚年有篡位的迹象，所以朝廷一直对他深怀戒心而不敢任用。
太元十六年（公元391年），二十三岁的桓玄才被任命为太子洗马。
几年后，出任义兴（今江苏宜兴）太守，颇觉不得志，曾感叹：“父为九州伯，儿为五湖长！”于是就弃官回到其封地南郡（今湖北江陵）。
途中经过建康，拜见执政的宰相司马道子，司马道子酒喝多了，当着众人的面对他说：“父亲桓温晚年想当贼，你怎么看？”桓玄吓得跪地流汗不起。
王府长史谢重为之缓颊，才结束了这尴尬场面。桓玄从此深恨司马道子。桓玄深刻感到自己被晋廷猜忌，于是上疏讼冤，但如石沉大海，了无音讯。
桓玄住在南郡的治所，也就是荆州的治所江陵，最初荆州刺史王忱处处跟桓玄作对，对他加以压制。
太元十七年（392年）十月，王忱病死任上，晋孝武帝打算以王恭接任，桓玄虽然对王忱不满，但也惧怕王恭，遂派人入京贿赂孝武帝所宠信的尼姑支妙音。
让孝武帝任命被视为“弱才”的黄门侍郎殷仲堪当荆州刺史，果然孝武帝听从妙音尼的意见，以殷仲堪出刺荆州。
殷仲堪对桓玄十分敬惮，而桓玄凭借父叔长年治理荆州的威望而专横荆州，士民畏惧他更过于殷仲堪。殷仲堪因而与其深交，而桓玄打算借助其军力，亦取悦他。