在此时，留守长安的晋朝文武发生内讧，沈田子杀王镇恶，王修杀沈田子，刘义真复杀王修。刘裕得到消息，惊恐不已，急令朱龄石镇守长安，命刘义真速回。刘义真和将士大掠财宝美女，车载南还，为夏军追及。朱龄石阵亡，刘义真单骑逃逸。
长安虽得而复失，良将劲兵损失颇多，但潼关以东收复的部分关中之地和整个河南地区仍然得到刘裕的重兵扼守。经过两次北伐，黄河以南、淮水以北以及汉水上游的大片地区，为刘裕据有。
巨大的军功，使刘裕在朝廷的地位显赫无比。公元18年，刘裕同意接受相国、总百揆、扬州牧的官衔，以十郡建“宋国”，受封为宋公，并受九锡殊礼。公元419年1月28日，刘裕指派王韶之缢杀晋安帝，立其弟、琅邪王司马德文为帝。
公元419年十月，刘裕进爵为宋王，宋国又增加十郡食邑。同年末，又获加皇帝规格的十二旒冕、天子旌旗等一系列殊礼。
公元420年7月10日，刘裕代晋称帝，降封司马德文为零陵王，东晋灭亡。他改国号为“宋”，改元永初，史称其建立的政权为“南朝宋”“刘宋”。
即位之后，刘裕以司马氏为前车之鉴，削弱强藩，集权中央。有鉴于荆州屡为祸乱之源，便裁并荆州辖区，限制其将、吏的额员。为防止权臣乱政，他特下诏：凡日后大臣外出征讨，一律配以朝廷军队，军还交回朝廷。
刘裕还下令整顿户籍，厉行土断之法，严禁世族隐匿户囗。规定政府所需物资，不准像过去那样滥行征发，而是派有关官员以钱购买。适当降低农民租税，废除苛繁法令，让百姓在宽松的环境中休养生息，发展生产。
魏晋以来，皇室、官府崇尚奢华。由于出身孤寒，刘裕知晓稼穑艰辛，因而平时清简寡欲，生活节俭，不喜奢侈。
公元422年，刘裕计划出征北魏，但自三月起开始患病，因而作罢。同月曾短暂病愈，但至五月再次病重，遗命司空徐羡之、尚书仆射傅亮、领军将军谢晦及护军将军檀道济四人为顾命大臣，辅助太子刘义符。
公元6月26日，刘裕在西殿崩逝，享年六十岁。七月，葬于丹阳建康县蒋山的初宁陵，庙号高祖，谥号武皇帝，刘裕的一生可以和刘邦的一生相媲美，虽然他属于刘邦的后裔，但是此时的汉朝早就成了历史的尘埃，他能在汉朝灭亡多年后又建立起刘宋也可能看出他的与众不同。