元熙元年（419年），刘裕进爵为宋王，宋国又加十郡增益，使宋国包括了二十郡。同年末，刘裕又获加皇帝规格的十二旒冕、天子旌旗等一系列殊礼。
元熙二年（420年）六月丁卯日（7月10日），刘裕代晋称帝，东晋灭亡。他改国号为“宋”，改元永初。
同年，由于先前林邑借晋末乱局屡屡侵扰交州，刘裕命交州刺史杜慧度派兵万人南征林邑，大军深入林邑国（今越南南部）境内，歼灭了林邑国的大半士兵，痛击林邑，林邑请降，并向宋廷致送大象、金银、古贝等礼物。次年，林邑王遣使到宋廷入贡，并获刘裕册封。
即位之后，刘裕以司马氏为前车之鉴，刘裕削弱强藩，集权中央。有鉴于荆州屡为祸乱之源，便裁并荆州府的辖区，限制其文武将士的额员。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。下令严禁世族隐匿户囗，减少官府收入。
刘裕还下令整顿户籍，厉行土断之法。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，刘裕知道稼穑艰辛，因而平时清简寡欲，对珠玉车马、丝竹女宠十分节制。他平时穿着十分随便，连齿木屐，普通裙帽；住处用土屏风、布灯笼、麻绳拂。为了警诫后人，他在宫中悬挂了少儿时使用过的农具、补缀多层的破棉袄。
病重去世
永初三年（422年），刘裕计划在此年出征北魏，结果还未来得及出兵，刘裕便患病， 期间，曾短暂病愈。但至五月，刘裕便已病重，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。五月癸亥日（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。
为政举措
政治
刘裕从掌权起，到代晋称帝，对当时积弊已久的政治屡做整顿。主要有如下几个方面：
主词条：义熙土断
门阀士族兼并土地的行为令百姓流离失所，无法保护其产业。刘裕掌权后，一改东晋以来坐视兼并的规管，重订规管并展示公众，大大抑制了门阀豪强的兼并行为。及至处死了藏匿一千多名脱离户籍逃亡者的虞亮（会稽虞氏），连会稽内史的司马休之也遭免官。刘裕又禁止门阀豪强私占山泽的行为，还削夺世族以及皇室的私产，以此来资济人民。刁氏一族向来富有，奴客亦多，在其宗族被诛灭时，刘裕亦将刁家的资产都分发给人民，让人们按己力取用，赈济当时处于饥荒及战乱中的人民。义熙九年（413年），刘裕将临沂、湖熟原属皇后所有，用来资助其化妆品开销的田地分配给穷人。 即位为帝后，他更遣使巡行四方，举善旌贤，访问民间疾苦。
刘裕为整顿吏治，罢免或处死了许多士族或皇族出身的官吏。他的亲信、功臣中有“骄纵贪侈，不恤政事”的，他也严厉惩罚，甚至处死。
先前，各州郡送来的秀才、孝廉，多是滥竽充数。刘裕于义熙八年（412年）上表，请求遵循旧制，并主张用考试的办法加以甄别。
东晋时期，中央和州、郡的大权一直掌握在王、谢、庾、桓四大家族手中，选拔官吏，主要依据门第，选出了许多无才无识封官员。刘裕掌权后，要求按照九品中正制初置时的精神选拔人才。他重用出身“寒微”的人，如刘穆之、檀道济、王镇恶、赵伦之等。
在政治上，刘裕于永初二年（421年）三月，规定“荆州府置将不得过二千人，吏不得过一万人；州置将不得过五百人，吏不得过五千人。兵士不在此限”。这是由于东晋末年，置官滥乱，给人民带来沉重负担，刘裕及时对此进行了制止。
在法制上，刘裕对东晋以来苛刻的刑法也进行了改革，永初三年（422年）正月，下诏“刑罚无轻 重，悉皆原降”。
刘裕称帝后，致力于削弱强藩，他限制了荆州州府置将和官吏数额，前者不可多于二千人，后者亦不可多于一万人；另其他州府置将及官吏数亦不分别不得多于五百人及五千人。为防止权臣拥兵，他特别下诏命不得再别置军府，宰相领扬州刺史的话可置一千兵。而凡大臣外任要职要需军队防卫，或要出兵讨伐，一律配以朝廷军队，事情完结后军队都需交回朝廷。另刘裕为防外戚乱政，下令有幼主的话都委事宰相，不需太后临朝。
经济
刘裕十分关心百姓生活，曾多次下令减免税役，免去部分苛捐杂税，“蠲租布二年”。在平定刘毅时，他也曾下令减免税役。对于那些原来因战争需要被征发的奴隶也一律放还。这些举措都减轻了百姓的负担。
同时，刘裕整顿赋役制度，刘裕下令严禁地方官吏滥征租税、徭役，规定租税、徭役，都以现存户口为准。凡是州、郡、县的官吏利用官府之名，占据屯田、园地的，一律废除。凡宫府需要的物资，“与民和市”，照价给钱，不得征调。还减轻杂税、徭役等。
刘裕即位后，下令凡宫府需要的物资都要到市场采购，照价给钱，不得向人民征调。又下令官员不可征去人民车牛，亦不能以官威逼迫人民献出车牛，另亦将繁多的交易税项作出减省，便利市场商业交易 。
文化
刘裕本虽是行伍出行，识字不多，但非常重视教育。永初三年（422年）正月，下诏：“古之建国，教学为先，弘风训世，莫尚于此；发蒙启滞，咸必由之。故爰自盛王，迄于近代，莫不敦崇学艺，修建庠序。自昔多故，戎马在郊，旌旗卷舒，日不暇给。遂令学校荒废，讲诵蔑闻，军旅日陈，俎豆藏器，训诱之风，将坠于地。后生大惧于墙面，故老窃叹于子衿。此《国风》所以永思， 《小雅》所以怀古。今王略远届，华域载清，仰风之士，日月以冀。便宜博延胄子，陶奖童蒙，选备儒官，弘振国学。主者考详旧典，以时施行”（《宋书·武帝本纪》）。从而巩固刘宋的统治，同时也带来了全社会注重学校教育，改善社会风气的结果 。
自西晋永嘉之乱，五胡乱华以来，先前的许多汉文化的书籍和典籍遗散大半，十去七八九。刘裕北伐后秦前，加之府藏所有，当时的东晋藏书仅4000卷。刘裕北伐过程中将流落中原各地的图书悉数收藏运回建康，又下令对赤轴青纸、文字古拙之书，亦加收藏以传后世，到刘宋初年，官方所藏的书籍已达到6万多卷。对汉文化典籍和书籍的保护与传承作出了巨大贡献，也奠定了南朝宋国家藏书的基础。
军事
主词条：却月阵
刘裕是在战术上敢于创新的军事家，既能发挥自己的优势，又巧妙布阵，利用优势弥补了自己的短处，使“却月阵”成为一个前无古人、后无来者的战术，充分显示了卓越的军事才能。
刘裕在战中的军事思想具体表现在：在战术革新上，他吸取了早期阵法的不足，大胆地将水军用于阵中，利用水军的优势来克制骑兵，开创了战术史上的新篇章。在战术指挥上，他采取弧形方式列阵，增加抵抗能力，又将弩、槊有机地结合起来，增强杀伤力。在兵力配置上，他将几个兵种结合起来，协同作战，以水军为后援、以战车列阵御敌、以步兵杀伤敌人、再以骑兵发起追击。在作战指导上，他适时选择战机，利用魏军的挑衅，做到“临境近敌，务在厉气；十分巧妙地选择战场，使自己能够安全占据制高点；利用阵中士卒的心理，将其置之死地，以绝士卒后退之心；抓住敌人迟疑之机，迅速派兵跟进布阵；利用魏军的人多势众的心理，示弱纵敌；取胜后又及时派兵增援，适时发起追击。在整个作战过程中，刘裕部署周密，水路各军配合密切，谋略运用完美，战术使用得当，使强大的魏军铁骑无机可乘，处处被动，堪称战术史上的奇迹。刘裕的军事思想，为中国军事史做出了重大贡献。
在作战指导上，刘裕主张把握全局，料敌制胜，出奇用诈，避实击虚。要求在战前对敌情了若指掌，对兵力部署、开战时间必须考虑周全，慎重决策。重视选择主攻方向，力避腹背受敌；强调多路围攻，反对孤军突进；对强敌来攻，主张先固守养锐，待其粮尽兵疲时伺机袭破之；对溃逃之敌，则穷追不舍，务求全歼。注重以诈取胜，如偃旗息鼓，佯装虚弱；多置旗鼓，张扬兵势；伪传讯息，混淆视听；用降臣劝降，瓦解敌方军心。善于凭借天时、地利条件施智用计，如乘风纵火，以水灌城，迂回伏击等 。…
