桓温北伐，是东晋时期将领桓温分别于永和十年(354年)、永和十二年(356年)及太和四年(369年)发动北伐北方十六国的战役。但除了第二次北伐成功收复洛阳，其余两次皆被击退，成效不大。
背景
永和七年(351年)，后赵灭亡，后赵将领姚弋仲降晋，其子姚襄亦随父归降，皆获东晋遥封官职及爵位。次年姚弋仲死，姚襄依从父亲遗命南奔东晋，驻屯谯城。永和八年(352年)，姚襄在谢尚兵败后退屯历阳，并大行屯田及训练将士。然而因为殷浩忌惮姚襄，竟多次派刺客刺杀他，又派魏憬意图偷袭他，最终令姚襄决心叛晋。永和九年(353年)，姚襄就于殷浩北伐期间临阵叛晋，倒伐攻击殷浩，不但令殷浩北伐失败，更盘据淮河一带，在盱眙建立根据地。
永和十年(354年)，江西流民郭敞等人在东晋侨置陈留郡的堂邑叛乱，捕掳陈留太守刘仕向姚襄归降。因着临近东晋赖以自守的长江天险，于是令东晋朝廷十分震惊，立刻加强对京师建康的防守。然而，姚襄没有南进，反倒北归，于是转据许昌。
原本降晋的周成又于永和十年叛晋，进据洛阳。姚襄据许昌后就于永和十二年(356年)起兵进攻洛阳。
另一方面，完成第一次北伐而回荆州的桓温多次上表请求迁都洛阳，修复在洛阳的皇家园陵，但都未获批准。随后又升桓温为征讨大都督，督司、冀二州诸军事，专委讨伐姚襄之任。而因此就促成桓温发动第二次北伐。
过程
桓温于永和十二年(356年)在江陵起兵，先遣督护高武据鲁阳，辅国将军戴施驻屯黄河上，以水军进逼许昌和洛阳，更请徐、豫二州派兵经淮泗入黄河协助北伐。桓温自己则从后领兵作众人继援。
八月己亥日，桓温到达洛阳城南的伊水，久围洛阳不破的姚襄于是撤去围城军，转而抵抗桓温，并在伊水水北的树林中埋伏精兵，试图诱使桓温率兵后退，在其后退时派伏兵突击。然而桓温拒绝姚襄后退的请求，姚襄意图依伊水而战，而桓温则结阵向前进攻，更亲身披甲督战，于是大败姚襄，姚襄逃到洛阳北山，及后更与余众西奔并州，桓温未能追及。
随后，周成以洛阳向桓温投降。桓温及后留兵戍守洛阳，并且置陵令，修复各个皇陵后就押著周成及带着三千多家归降的平民南归。第二次北伐至此结束。