刺史桓玄出兵袭击荆州，逼殷仲堪自杀，自兼荆州。毛修之改任桓玄参军，又因其通晓音律，又能骑射，故也得桓玄赏识。桓玄篡位后又以毛修之任屯骑校尉。元兴三年（404年）刘裕起兵讨伐桓玄，桓玄兵败逃出建康（今江苏南京），毛修之亦随之西逃。桓玄及后在峥嵘洲（今湖北鄂城县东）再败于刘毅，撤返江陵（今湖北荆州市荆州区）后不愿再战，意图逃奔梁州。当时毛修之却力诱桓玄入蜀，并在另一边联络当时正送宁州刺史毛璠丧的毛祐之及费恬，终令桓玄于枚回洲与送丧船队相遇，终斩杀桓玄。同年，晋安帝复位，毛修之任骁骑将军。不久毛修之至建康，刘裕以