伐前秦，更在白鹿原击败苻雄。战后因功迁都督南阳、襄阳、新野、义阳、顺阳、雍州之京兆及扬州之义成七郡军事、宁朔将军、义成新野二郡太守，镇襄阳。永和十二年（356年），桓沖再随桓温北伐，最终姚襄兵败逃走，据有洛阳的周成投降，收复洛阳。桓沖因功进号征虏将军，于升平四年（360年）赐爵丰城公。
出刺江州.不久，桓沖迁振威将军、江州刺史、领镇蛮护军、西阳、谯二郡太守。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