太兴二年(319年)陈川以浚仪投降石勒，祖逖于是率军讨伐，石勒则遣石虎领兵五万救援，祖逖因连番失利而退回淮南。太兴三年(320年)祖逖派韩潜守东台，相持四十日后，祖逖设计令胡兵以为晋军兵粮充足，反见自己饑饿而失去士气。
后祖逖更派兵夺去石勒给桃豹的军粮，逼令桃豹退守东燕城，祖逖因而尽得二台，并派韩潜进占封丘压逼桃豹，自己则进屯雍丘(今河南杞县)。320年(太兴三年)七月，祖逖被加封为镇西将军。大兴四年(321年)，晋元帝司马睿派遣戴渊为征西将军、都督司、兖、豫、并、雍、冀六州诸军事、司州刺史，以监督祖逖。
祖逖认为戴渊虽有才望，但无远大的志向和识见，无助于北伐，而且自己既收复黄河以南大片土地，却突然由如此从容不逼的文臣统领，甚为不快。同时，祖逖忧虑权臣王敦和宠臣刘隗等对立，内乱将会爆发，北伐难成，于是因激愤患病。
祖逖虽然患病，但仍然用心修缮虎牢城，北临黄河，西接成皋，四望甚远;同时亦派人修筑营垒作为南部部队的据点以防后赵进侵。但营垒尚未建成，祖逖就于雍丘病死，享年五十六岁，东晋追赠车骑将军。
次年王敦发动王敦之乱，接手豫州的弟弟祖约无力抵抗乘机进攻的石勒而南退，原本已收复的土地于是又被石勒攻占。
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