义熙六年（公元410年）五月八日，也就是在刘毅桑落洲惨败后的第二天，东晋朝廷实施大赦。
刘裕下令招募军队，对于参军士兵将来的犒赏与六年前京口参加义军的犒赏相同，并征发百姓修筑石头城，在京师实施戒严。不少人建议要分兵防守各个交通要道,刘裕却说:“敌众我寡，如果分兵把守各处，则敌人极易看出我们的虚实。并且,一旦一处失守，将影响全军士气。如今，将重兵全部集中在石头城，根据战场情况的变化而进行调动，既让敌人无法了解我军的虚实，又不分散兵力。等到后续部队集中以后，再说下一步的打算。”
据《资治通鉴》、《宋书-武帝本纪》、《宋书-王懿传》等史料记载，刘毅桑落洲惨败的消息传来，建康人心不稳。当时，北伐南燕的军队刚刚回师，将士们多半负伤或者染病，建康城内能战之士仅有数千人，而卢循之军则有十万之众，桑落洲败还的人都极言乱军声势浩大。虽然各处均说建康城内守军仅有数千之众，但仔细研究下来，这里的记载似乎是有问题的。
首先，刘裕北伐军的总数不详，但临朐会战中，南燕慕容超投入的军队就有九万之众。刘裕北伐南燕进行的是一场灭国之战，人数当不在慕容超之下，即便是考虑到刘裕善于以少击众，但兵力也不会少南燕军队很多。慕容超溃败后，晋军包围了广固，兵法十则围之，假如晋军兵力过少的话，公孙五楼等人从广固城内向外突击，也不可能不会得手。
其次，刘裕得知卢循、徐道覆叛乱后，即命令全军卷甲兼行，而此时刘裕已到达建康一个多月，北伐的精锐部队大部已经撤回。在这些部队中，不仅有刘裕的北伐军，而且还有刚降服的南燕鲜卑骑兵，因此，史书说建康守军仅仅数千之众，存在渲染刘裕武功的成分，是不可信的。尤其是在刘裕回到建康前后，青州剌史诸葛长民、兖州刺史刘藩、并州剌史刘道怜等人也率领本部人马入卫京师，现在说兵力仅有数千，更是离谱。
在何无忌和刘毅迎战卢循、徐道覆的时候，孟昶就预测到要失败，后来二人果然兵败。如今，孟昶再次预测刘裕抵挡不住卢循的大军，因此，孟昶的话在东晋朝廷上具有一定影响力。孟昶和诸葛长民也都提议放弃建康，迁都江北，不少人表示同意，但刘裕不从。
大敌当前，孟昶、诸葛长民等人的这一提议，在一定程度上自乱了阵脚，他们在这个时候提出这一动议，一方面是出于害怕，另一方面也许另有隐情。
刘毅、何无忌、魏咏之、檀凭之、孟昶、诸葛长民六人虽然与刘裕一起在京口起义，但他们“志在兴复，情非造宋”，与刘裕及其亲信如刘穆之等人的目的是完全不同的，孟昶此时提出撤出建康，也许有出于打击刘裕的考虑。
由于撤守建康的呼声很大，以至于这一争论最终提交到朝廷公开讨论，在朝堂之上，只有刘裕的亲信、龙骧将军虞丘进当众与孟昶等人辩论。然而，孟昶却一直坚持他的意见。
史书称，孟昶对自己的建议不被采纳十分恼火，又预感到刘裕注定要失败，就上书晋安帝说∶“刘裕北伐，所有的人都不同意，只有我孟昶赞同。这致使卢循妖贼趁机叛乱，国家社稷处于危难境地，这都是臣的罪过。今臣将自杀以谢罪!”写完奏表以后，孟昶即喝毒药而死。
孟昶死得很奇怪，有人以为，这是刘裕诛杀功臣的开始，从史书透露的一些蛛丝马迹上来看，孟昶不是自杀而是被刘裕所杀。这主要是因为《宋书》和《建康实录》对孟昶的死有不同的说法，一个说是喝毒药，一个说是上吊，让人怀疑都是史官风闻记事而且，早在义熙三年，刘裕的心腹刘穆之就曾对刘裕说过，刘毅与孟昶等人“非为委体心服”，“力敌势均，终相吞咀”。
五月十四日，卢循的军队推进到秦淮河注入长江之处——淮口。晋安帝之弟、琅邪王司马德文都督宫城诸军事，屯驻中堂皇（即宫城中堂），刘裕屯守石头城，其余众将各自驻防四处。刘裕命令刘毅族弟、参军刘粹辅佐年仅4岁的儿子刘义隆，镇守京口。
当时，刘裕的重兵部署在石头城，卢循大军如果停驻在石头城对面的蔡洲，要想进攻建康，就必须先拿下石头城。而刘裕在建康南面部署的兵力十分薄弱，假如卢循大军弃舟登岸，以新亭堡垒为依托，从陆路直插建康南面，势必会致使刘裕弃守石头城，回援建康。那样的话，就等于让石头城处于无用之地，这样一来，卢循大军从建康南、西等多个方向向建康发起进攻，守军将备多力分。一旦一处被突破，后果不堪设想，因此，刘裕对众将说∶“敌人如果从新亭一直向前推进，其军锋将锐不可当，我们要暂避其锋，双方谁胜谁负，还不好说。假如敌人将战舰从淮口退回，停泊在长江中的蔡洲，就是死路一条。”
果然，徐道覆请求在新亭与白石之间，焚烧船只，率军登岸，向刘裕军发起多路进攻，对建康实施多点突破，不仅南北夹击建康，还能切断建康与外界的联系。徐道覆建议的核心就是，趁着东晋军队尚未完成部署和内部人心不安，充分发挥己方兵力的优势，利用初到建康的锐气，以迅速行动化优势为胜势，取得建康之战的胜利。
然而，卢循却不敢冒险。他对徐道覆说∶“我大军尚未到达，孟昶即吓得自杀，以目前形势看来，建康不久就会不战自溃。现在想通过一次决战就定下胜负，既没有必胜把握，又杀伤士兵，不如暂时按兵不动，等待对方内乱。”徐道覆认为卢循的这一决策，会给刘裕以充足的准备时间，他要求率领本部人马单独行动，但卢循没有同意。徐道覆对卢循多疑少决十分不满，不禁叹息道∶“我到头终会被卢公所误，此事肯定不会成功，假如让我为英雄效力，则天下不愁不能平定。”
刚开始，石头城上的刘裕看到卢循军队向新亭方向移动，不禁看左右，脸色大变，不久，又看到卢循部队撤回到蔡洲，这才转忧为喜，命令分散在各处的守军向石头城集结。刘裕还担心卢循突袭，就采纳了龙骧将军虞丘进的建议，砍伐树木，将石头城和淮口均用树桩制成栅栏围起来，整修越城，构筑淮口附近的查浦、廷尉等三处堡垒，拱卫秦淮河沿岸。
从刘裕的兵力部署上看，他是以石头城为中心，在石头城以东以北地区设置了药园和廷尉两个堡垒，防守建康的北面。也就是说刘裕最为担心的还是淮口方向，他担心卢循军从北面攻击建康，而以查浦乃至越城（建康以南六里秦淮河南岸）一线，背靠秦淮河，防守建康的南面。
十余天以后，卢循非但没有等来建康守军的内溃，相反，刘裕不仅在建康南部、秦淮河南岸构筑了坚固阵地，各地的军队也源源不断地汇集到了建康，这里包括东晋地方部队，也包括灭南燕以后降服的鲜卑突骑。刘裕把晋军主力部署在建康北面，命令冠军将军刘敬宣率领鲜卑“虎班突骑”屯驻在北郊，青州刺史诸葛长民与豫州刺史刘毅的军队也被部署在此地，又命辅国将军孟怀玉率军屯驻在丹阳郡（建康南门外）西，建武将军王仲德率军驻守建康南面的越城，堂弟、广武将军刘怀默驻扎在建阳门外。随后刘裕还命令宁朔将军索邈率领一千多鲜卑“具装虎班突骑”，都身披五彩皮甲，北从淮口，一直巡行到南面的新亭，这当然是刘裕在打心理战，从心理上威慑卢循士兵，卢循士兵都远远地观望，十分畏惧。
卢循虽未等来建康的内溃，但豫州刺史主簿袁兴国却发动了叛乱，他率众占领江北的历阳（安徽和县），以响应卢循。前荆州刺史魏咏之之弟、琅邪内史魏顺之命令部将谢宝率军迅速讨平了袁兴国的叛乱，将袁兴国斩杀。然而，袁兴国的司马又偷袭谢宝，魏顺之没有及时救援，刘裕大怒，将其诛杀。魏咏之很早就与刘裕“游款”，并参与了刘裕的起义，桓玄被击败以后，即被委以重任。刘裕诛杀魏顺之，让过去的功臣都十分震恐，大敌当前，无不谨慎遵守刘裕的将令。
卢循看到建康并没有发生内乱，即于数日以后，派出十余艘战舰对石头城附近的木栅进行试探性的进攻。刘裕在木栅后面配置了射程较远、攻击力很强的神弩，当敌舰即将靠近木栅的时候，一时间弩箭齐发，“发辄摧陷”。进攻受挫后，卢循看到刘裕重兵防守建康北部，又心生一计，采取声东击西之法，提前将主力部队埋伏在秦淮河南岸，而让老弱全部乘上战舰北上，对外扬言要大举攻击白石垒，从北面进攻建康城。刘裕果然中计，他留下参军沈林子、徐赤特率军驻守长江南岸，切断通往查浦的道路，并严令两人不得主动出战，而自己则与刘毅、诸葛长民一起率领主力部队，北上抵御将要进攻白石垒的卢循军队。
刘裕率领大军北上后，卢循军果然从南线发起了猛攻。五月二十九日，也就是在卢循军进抵建康近郊半个月后，卢循大军突击石头城西南的查浦，将查浦纵火焚烧，并一直推进到建康张侯桥。
卢循佯攻白石而强攻南面的消息传来，刘裕赶紧率领大军撤回到了石头城。
当时，众将均担心卢循叛军会过秦淮河，直接攻击建康城，因此，都要求刘裕立即率军前往抵挡。然而，刘裕却没有听从，而是让回到石头城的将士们解下铠甲，洗洗澡，换换衣，吃饱喝足，好好休息一番，然后，才率军从石头城上下来，渡过秦淮河，在秦淮河南岸列阵。刘裕命令中军参军褚裕之、朱龄石率领一千多精锐的鲜卑长枪队，火速南下救援。朱龄石援军渡过秦淮河，与沈林子、刘钟两军合势，与卢循叛军殊死搏战。在长枪面前，卢循军的短刀立刻失去了威力，被斩杀了数百人。
如今，刘裕的大本营从石头城转移到了南塘，而卢循则将自己的大本营安置到了秦淮河南岸的丹阳郡。
在两军相持阶段，为了打击卢循的后方，刘裕任命前豫州刺史庾准的儿子、车骑中军司马庾悦为江州刺史，以虞丘进为鄱阳太守，率领十八队步骑兵，从东阳（浙江金华）率军前往豫章。当时，卢循任命部将英纠为上饶县令，他率领一千多人，驻守在上饶旧城，切断了五亩峤。庾悦命令虞丘进对英纠所部发起进攻，一举将其击败，晋军这支奇兵从东门插入江西。为了保卫自己的后方，卢循又派遣童敏之任鄱阳太守，占领了鄱阳郡（江西鄱阳），虞丘进率军从余干（江西余干）步行进攻鄱阳，童敏之望风溃退，被斩杀了数百人。于是，庾悦占领了豫章，切断了卢循从南方而来的粮道。
建康附近大规模的战斗就此停止。由于粮道被切断，卢循军开始面临缺粮的状况，他命令部队分散四出，到建康附近郡县抢掠粮食，并远出进攻建康东面的京口，但均无功而返。卢循对徐道覆说∶"部队已十分疲惫了，再也无法重新振作。不如固守浔阳，集中兵力进攻荆州。占领荆州后，拥有晋国三分之二的领土，再慢慢与京师抗衡，说不定还有一线希望。”
事已至此，徐道覆只好同意。