郡太守。然而在兴宁元年（363年），原本在桓温北伐时投降的姚襄旧将张骏趁桓沖在江陵而未到江州上任，率众杀害江州督护赵毗，更抢掠焚毁武昌的官库，然后北归。桓沖则派将领讨平张骏，并到江州上任。兴宁三年（365年），桓温于上一年迁扬州刺史、录尚书事，当年内镇至姑孰，桓沖则进监江州、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