监江州、荆州之江夏和随郡、豫州之汝南西阳新蔡颍川三州六郡诸军事、南中郎将、江州刺史、假节，其余如故。与兄长桓豁分掌江荆二州。
接任兄位.在桓温诸弟中，就以桓沖最渊博，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）桓温病重时就以桓沖统领他的部众。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祕合谋杀死桓沖。桓沖暗中知道他们的图谋，于是不敢去探病。桓温当年去世后，桓沖派人收捕桓熙和桓济然后才去桓温的丧礼，后桓祕被废弃不用而桓熙和