几天后，桓温的军队开到了彭模（今四川彭山东南），左右认为应两军分兵以抵抗汉军。袁乔则说：“我军深入万里之外，只可胜，不可败，应当合兵一处，轻装上阵，全力进攻，速战速决；如若分兵两处，目标不一，只要一支军队有闪失，就没有取胜的机会了！”桓温深以为然，他把弱兵辎重留在后面，亲自率精锐步兵直取成都。

成汉军队早就军无斗志，一路上与桓温交手的李福、李权等人的军队非败即降。昝坚的那一部军队傻等在犍为，不见桓温的军队，趋兵返回时才知道桓温的军队早已屯兵成都城外十里处，昝坚手下的士兵不战自溃。

李势此时还幻想着守在成都城中“背水一战”，击退晋兵。桓温的先锋部队初战不利，袁乔拔剑督战，士气不高的成汉军渐渐不是对手，桓温乘势攻到成都城下，放火烧城门，成汉的士兵到了这个时候，已经无心再战。李势只好开东门逃出成都城，逃到葭萌（今四川剑阁东），想想没什么前途，还是派了人向桓温递上降表，舆榇面缚到桓温军中投降。

（此战中除了桓温的决断值得称道外，先锋袁乔在战略战役上所提出的指导方针也起了非常关键的作用，可惜他在此战后不久就英年早逝，没能继续展示军事才华。）

桓温灭汉的战争前后算起来也不到半年，成汉灭亡的这一年是晋穆帝永和三年（公元347年）。东晋至此重新控制了益、梁、宁三州，同时握有吴、蜀两地，祖逖时代的渡江一去不返的局面已经改变，东晋的重新北伐也成为可能。桓温凭借此战的成功，足可以步入“十六国名人殿堂”。

当初桓温出兵之时，东晋朝中曾有一番议论，在众多的反对声中，惟独桓温的好友刘惔认为桓温必胜。有人问他怎么就这么有把握，刘惔回答说：“这一点从赌博就看出来了。桓温是个赌博的好手，不是绝对有把握得到的他绝不会去冒险。只恐怕攻克蜀地之后，桓温将在朝中掌握大权了。”

以后事件的发展，证明了刘惔预言的正确。桓温的出现，就好像给十六国本已十分混乱热闹的局面又撒上了一把盐，诸侯争霸，究竟鹿死谁手，更让人难以预料了。