至潼关，命王镇恶率军经渭河进攻后秦都城长安（今陕西西安市），王镇恶于渭桥大败姚丕，姚泓所率的军队亦因遭姚丕败兵践踏而溃乱，最终姚泓于八月出降，后秦灭亡。刘裕于次月到达长安，大赏将士并诛杀归降的后秦宗室姚璞、姚赞及其百多名宗族。同年十一月，留守建康的刘穆之去世，当时刘裕还想以长安做基地进攻西北北凉等国，只是诸将都思乡，大多都不想留下；刘裕向来倚重的刘穆之去世更令他觉得建康根本之地已空虚无靠，于是下了决心班师东归。刘裕于是留了当时仅得十一岁的次子刘义真镇守长安，并留下王镇恶、王脩、沈田子、毛德祖等将领协助他