在司马昱批准桓温北伐之后，桓温便让掌管蝶眼台的张盛派出了大量的蝶眼使者前往长安一带侦察秦军的动向以及兵力部署，同时又对北伐的几条进军路线和方案进行了反复了比较，根据蝶眼使者传回来的消息看，此时的前秦的主要精力是对付已经南下的前燕军队；
慕容俊称帝之后，彻底放开了手脚，他派遣大量的军队南下争夺原属冉魏政权的冀州、兖州、司州、豫州等地，向西争夺并州、秦州、雍州等地，这就不可避免的跟正在向东扩张的前秦军队发生冲突，双方军队目前在并州的雁门郡、西河郡、太原郡；司州的上党郡、平阳郡、豫州的河东郡、河南郡一带反复争夺，并渐渐形成对峙局。
桓温在知道前秦军队兵力都在关外，而关内兵力空虚之后，决定兵行险招，集中少部分优势兵力，通过险要的秦岭地区直插关中，打前秦一个措手不及，经过反复的思量之后，桓温决定以襄阳太守、建威将军毛穆之为前锋，同时调镇东将军李权、镇蛮护军桓冲为前后将军，在襄阳集中四万优势兵力，自襄阳乘船出发，沿着汉水到淅川，然后从淅川登岸进入秦岭地区，从秦岭攻打武关，突击进入关中地区；
同时他又调自己的心腹鹰扬将军周楚、刺史府主薄顾恺之坐镇江陵，以江陵为基地，协调后勤粮草问题；保障北伐大军的粮草供应；
同时，桓温又命梁州刺史司马勋出兵子午谷，一同进军关中，与桓温的大军呈东西夹击之势。
应该说，桓温此次北伐充分发挥了长江与汉江水系的优势，避开了巴蜀与汉中之间的恶劣道路，桓温选择以靠近长江中游的江陵为后勤基地。
四万大军依托长江水系所提供的运力保障，沿着汉水北上，这样的行军路线，不仅可以借助水运保证补给，也在最大程度上避免了陷入平原或高山地形。
桓温的主力是步兵，骑兵虽然经过前期姚襄的部将权翼的调教之后已经形成战斗力，但是数据有限，无法跟前秦的骑兵相抗衡，为了保护这个好不容易建立起来的兵种，桓温决定本次不让骑兵参与北伐。
此次北伐的主力虽然是步兵，但是步兵习惯水道沿岸作战，但是缺乏硬抗骑兵冲击的能力，为了减少兵员损失，降低士兵损耗，桓温决定走秦岭路线，就是最大程度的避开与前秦的骑兵遭遇。从这点来看，秦岭路线就是考虑了如何规避秦军骑兵的优势。
在一切准备就绪后，桓温决定正式开始北伐，可就在桓温决定北伐进军前一天晚上，一封来自京城太尉府的信呈到了桓温的手上。
桓温打开一看，是一封救援信，落款是大晋护羌校尉、凉州牧张重华，桓温明白，当年张重华请求册封自己为凉王，但是朝廷不许，依旧封其为凉州牧，这让张重华十分的不悦，一度断绝了与东晋的往来，这次主动发来救援信，看来八成是凉州危矣。
桓温打开信之后仔细的看了起来，果然不出桓温所料，自苻健称帝之后，不但向东图谋中原，也在向北扩张势力，苻健派自己的亲弟弟东海王苻雄为征西大将军，率军攻打凉州，先后攻陷了凉州的陇西郡、武始郡、大夏郡、兴晋郡，直逼凉州的战略要地金城郡，若是金城郡再失，那么凉州首府姑臧郡将无险可守，秦军可以长驱直入姑臧，虽然张重华也先后派出了将军张弘、宋修会合投降的原后赵秦州刺史王擢共同抵抗前秦，双方在湟河郡东南的龙黎大战，苻雄阵斩凉军一万两千人，俘虏张经、宋修二将军，王擢逃回姑臧，凉州实力大损。
这次，张重华又重新拼凑了两万人，任命王擢为征虏将军、秦州刺史，准备讨伐苻雄所占据的上邽城，为了保险起见，张重华致信东晋，希望东晋能够同时派兵讨伐前秦，使前秦南北两线作战。
由于太尉府主管军事，所以此信就被送到了太尉府，自何充死后，朝廷便不再设太尉一职，所有事都由司马昱决断，此时殷浩已经被废，桓温的北伐请求也已被批准，所以司马昱就让人把信原封不动的送到了荆州桓温处。
桓温看后自然是十分的高兴，若是能得凉州的帮助，再加上梁州的司马勋，那么就是三面夹击前秦了，胜算当然要更大一些。
高兴的桓温立即命刺史府主薄顾恺之给凉州张重华回信，表示同意共同讨伐前秦，建议张重华不要攻打上邽，因为上邽距离前秦的核心统治区太远，打下来意义不大，桓温建议张重华可以攻打陈仓，陈仓距离扶风郡比较近，桓温冲出武关后，可以直面前秦的统治中心长安，张重华从北面进军打下陈仓后，可以牵制前秦的一部分兵力，这样可以减轻桓温攻打长安的压力。
在信使将信送走之后，桓温正式出兵北伐，他与南康公主、李娇在码头作别之后，在顾恺之的陪同下，乘船来到了襄阳，在襄阳，桓温又在建威将军毛穆之，镇东将军李权、镇蛮护军桓冲的陪同下，检阅了军队，看着士兵们一个个的红光满面，士气高昂，桓温十分的高兴，在确定粮草军需都已先行之后，桓温在襄阳举行了誓师大会，然后率军乘坐一百条大船，沿汉水逆流而上直达淅川，淅川地势险要，易守难攻，自古就是秦楚之间的交通咽喉，战国时期秦始皇的灭楚之战就是从这里攻入楚国的；
它也是楚国的发源地，楚国最早的都城丹阳就在淅川，楚国以丹阳为起点，一路开疆拓土，先后征服了五十多个国家，成为春秋五霸之一，并创造了灿烂的楚文化。
桓温率军到达淅川的南乡之后，在这里弃船登岸，进入伏牛山，从伏牛山穿越秦岭茂密的原始森林到武关，然后从武关攻入关中。
于此同时，依照桓温的命令，梁州刺史司马勋也率军两万余人出汉中郡，经子午谷直插关中。
在桓温和司马勋行动的同时，远在姑臧郡的张重华也收到了桓温的来信，在看到桓温同意共同讨伐前秦并告之已经出兵的时候，张重华长长吁了一口气，此时的他已经病入膏肓，在病床上躺了半年多了，他之所以如此火急火燎的放下尊严去请求东晋共同讨伐前秦，就是因为他已经知道自己命不久矣，而自己的儿子张耀灵才十一岁，张重华担心自己万一撒手西去了，年幼的张耀灵肩负不起守家卫国的重任，让张氏在凉州多年的心血毁于一旦，所以才在弥留之际作出联合东晋共同讨伐前秦的决策；
现在东晋终于出兵了，而且还是桓温亲自领衔，来自前秦的压力就减轻了许多，但是凉州内部的矛盾却爆发了。
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