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