東晉穆帝永和十年（公元345年）二月，桓溫展開籌劃已久的北伐行動，率四萬軍隊攻打前秦王國。起初，晉軍的攻勢猛銳，戰無不克，一度攻至前秦首都長安以東的壩上，但隨后秦軍精銳盡出，晉軍戰亡者高達上萬人。

不過，晉軍最大的致命傷，倒不是秦軍的強大，而是后勤不繼的弱點被對方抓住。前秦采取堅壁清野的狠招，使晉軍無麥可收割，又無糧食補給的管道，士兵的生存問題無法解決，不得不退兵，北伐大業功敗垂成。

廢帝太和四年（公元369年）四月，桓溫為了展現個人的雄風大志，再度親率步騎兵五萬人北伐，從兗州北上，攻打建都鑿城的前燕帝國。桓溫的參謀官郗超，發現這條路線的問題不小，不但路途遙遠，而且作為水路運輸的渾水有淤淺現象，屆時恐怕為補給所擾，便提出了異議。

可惜，這番忠告卻未獲桓溫重視。同年六月，大軍推進到金鄉（山東金山縣）時，天旱不雨，河床干枯，水運完全不通，桓溫下令挖掘運河三百里，使當地的渾水和清水相會，桓溫隨即率船隊，企圖自清水入黃河。船只前后綿延好幾百里，看似聲勢壯大。郗超又在此時潑桓溫冷水，他的理由是：

“從清水入黃河，水運不便，萬一敵軍拒不出戰，而我們的補給線斷絕，又無法順利的因糧于敵，這是極為危險的事。

桓溫可不理會這么多。晉軍在攻勢發起之初，所向披靡，前燕帝國皇帝，甚至打算棄城逃亡。桓溫軍力強大，部隊訓練有素，大可順著河流向前猛攻，他卻未這么做，仿佛不求勝利似的。前燕的司徒左長史申胤判斷說：“桓溫目前氣勢如虹，看似大有可為，不過在我看來，成功的機率微乎其微。晉王室衰弱，而桓專制王權，朝廷上下未必和他同一條心，一定不愿意見到他立功回來，便從中作梗，恨不得他失敗。這是桓溫不足懼的第一個理由。再者桓溫仗著兵多將廣，態度驕傲，應變力差，率大軍深入敵境，有相當好的進攻機會，卻不知好好利用，反而在河岸徘徊不前，想要和我軍打持久戰，等待全面的勝利。一旦糧食接運不及時，必定不戰自敗，這是必然的趨勢。”

沒過多久，果然起初威風八面的晉軍，終于面臨難題了。桓溫企圖開鑿、修筑運河失敗，糧食又被切斷，軍事攻勢也遭燕軍強大反擊，前秦帝國的援軍隨時會趕來助陣。桓溫眼看大勢已去，下令燒毀船只，拋棄輜重和鎧甲武器，從陸路往南逃走。

故事還沒結束。前燕將士爭著追殺晉軍，領軍的慕容垂卻不這么想。他雖然也希望徹底殲滅晉軍，但他認為晉軍在撤退之初，內心惶恐，必然戰戰兢兢，此時追擊，必遭到強力反抗，討不到便宜。此時宜讓晉軍安心逃亡，當晉軍發現后無追兵，戒心松懈，就會專心的日夜趕路。幾天下來，精疲力竭，此時出擊，必可大勝。

一切果真如慕容垂所料，桓溫拼命撤退，慕容垂帶領八干名騎兵偷偷跟在后面，幾天之后，和另一名將領慕容德夾攻晉軍，數萬名晉軍將土被斬首，桓溫的北伐大業，再一次栽在后勤補給上頭。桓溫不懂得吸取教訓，無法明白“因糧于敵”的重要性，只會剛愎自用，最后也沒能實現統一大業。