登上皇帝位没过多久，李寿就在病中离开了人世，太子李势即位。李势骄奢淫逸，从不操心国家大事，常常身居宫中，很少与公卿大臣接触，刑罚即苛刻又泛滥，因此宫廷内外的人全都与他离心离德。
李势的弟弟李广，因为李势没有儿子，请求让自己当皇太弟，李势不同意。马当、解思明劝谏说：“陛下兄弟不多，如果再有所废免，将会陷入更加孤弱危险的境地。”一再请求答应李广的请求。
李势怀疑他们和李广有预谋，拘捕了马当、解思明并将他们斩首、夷灭三族，又贬黜李广为临邛侯，李广随即也自杀了。解思明被捕时，叹息着说：“国家之所以还没有灭亡，是因为有我们这几个人在，现在危险了！”谈笑自若赴死。解思明有智慧谋略，敢于直言进谏，马当一向很得人心，他们死后，士兵、百姓们无不为之哀悼。
蜀地以前没有獠族人，到这时他们开始从山中出来，从巴西到犍为、梓潼，十多万个布满了山谷，完全无法控制，给百姓带来了深重的祸患，再加上临逢荒年，国境之内，终于变得一片萧条。
东晋安西将军桓温准备讨伐成汉，将领们全都认为不可行。只有袁乔说：“攻取天下这样的大事，本来就不是按常理所能预测的，智慧高超的人自己在心中决定就可以了，不必非要等众人意见全都统一。如今作为天下祸患的，只有胡、蜀二敌而已，蜀国虽然地势险固，但力量比胡人软弱，如果准备除掉他们，应该先攻打容易攻取的一方。”
“李势毫无道义，臣属百姓与他离心离德，而且他凭借着自己的天险与偏远，没有做什么交战的准备。我们可以派一万名精锐的士兵轻装迅速开进，等到他察觉以后，我们已经穿越过了他的险要之地，一次交战就可以擒获他。蜀地物产富饶，人口众多，诸葛亮当年用它与中原抗衡，如果我们得到了此地，这对国家大有好处。”
“反对此事的人是唯恐大军西进以后，胡人会乘虚图谋，这是似是而非的说法。胡人听说我们万里远征，会认为国内设有严密的防备，一定不敢轻举妄动，纵然有所侵扰，沿长江布防的各路军队也足以抵御防守，肯定没有什么忧患。”
桓温听从了袁乔的意见，率领益州刺史周抚、南郡太守司马无忌讨伐成汉，将留守事务委托给范汪，让袁乔率领二千人作为前锋。
朝廷因为蜀道艰险遥远，桓温的兵力又不足以深入敌后，都为此担心，只有刘惔认为一定能够取胜。有人问他为什么，刘惔说：“我是通过博戏知道的，桓温是善于博戏的人，如果没有十足把握他就不干，只是恐怕攻克蜀地之后，他就要在朝廷专权罢了。”
二月，桓温的军队抵达青衣，李势大举出兵抵抗，派叔父右卫将军李福、堂兄镇南将军李权、前将军昝（zan）坚等人率领兵众，从山阳开赴合水。众将领想要在长江以南设下埋伏以等待东晋的军队，昝坚没有听从，带领军队从长江以北的鸳鸯渡过长江，奔赴犍为。
三月，桓温抵达了彭模，有人提议应该兵分两路，分头并进，用以削弱成汉军的威势。袁乔则说：“如今孤军深入万里之外，胜利可以建立大功，失败则尽死无遗，应当聚在一起，齐心协力，以争取一战成功。如果兵分两路，则众心不一，万一有一方失败，讨伐蜀汉的大事就完了。不如以完整的军队前进，扔掉做饭的炊具，只带三天的军粮，以显示义无反顾的决心，肯定可以取胜。”
桓温听从了他的意见，留下参军孙盛，周抚的儿子周楚带领瘦弱的士兵守卫轻重装备，桓温自己亲自统率步兵直接开赴成都。
李福的军队攻打彭模，孙盛等人奋力反击，赶跑了他。桓温进军，遇上了李权，三战三胜，成汉的军队溃散逃回了成都，镇军将军李位都到桓温那里去投降。
昝坚到了犍为后，才知道和桓温走的不是一条路，掉头返回，从沙头津渡过长江，等到他抵达成都，桓温已经驻扎在成都的十里陌，昝坚的兵众自己就四处溃散了。
李势把全部兵众都调往成都的筰桥迎战，当时战况惨烈，桓温的前锋部队出师不利，参军龚护战死，成汉军的箭矢甚至射到了桓温的马前。众将十分害怕，想要撤退，而负责击鼓的官吏却误击了前进的鼓声。袁乔拔出战剑督促士兵奋力攻占，终于大败李势的军队。桓温乘胜长驱直入抵达成都，放火焚烧了城门。成汉人惊慌恐惧，没有继续抵抗的斗志了。
李势连夜打开东门逃跑，到了蒹葭后，又让散骑常侍王幼给桓温送去了请求投降的文书。不久便拉着棺材，双手反绑于身后来到桓温的军营前投降，桓温为他松开了双手，焚烧了棺材，把李势及宗室亲属十多人送到了建康。
成汉过去的尚书仆射王誓、镇东将军邓定、平南将军隗文等人全部起兵反叛，桓温亲自攻打邓定，让袁乔攻打隗文，全都打败了他们，周抚镇守彭模，斩杀了王誓等人。桓温担心后方荆州的安危，只在成都逗留了三十天，整顿部队后就立即返回了江陵。
在桓温离开成都后，邓定、隗文等人又一次进占成都，征虏将军杨谦放弃了涪城，退守到德阳。邓定、隗文立前国师范长生的儿子范贲（bi）为帝，蜀人又大多归附他们。益州刺史周抚率兵攻打范贲，将其斩杀，益州终于得到平定。
朝廷评议平定蜀地的功劳，本想把豫章郡作为封地赐给桓温，尚书荀蕤（rui）说：“桓温将来如果再平定了黄河、洛水一带，那么用什么来赏赐他呢？”于是让桓温担任征西大将军，封为临贺郡公。
桓温平定了蜀地之后，权威日盛，名声大振，连朝廷对他也惧怕三分。会稽王司马昱认为扬州刺史殷浩素有盛名，便以他作为心腹，让他参与朝廷权力，想以此来和桓温抗衡。从此殷浩和桓温便开始互相猜忌，进而彼此产生了异心。