当时尚未确定太子，而临淄侯曹植很受曹操的宠爱。桓阶就在曹操面前多次夸耀曹丕德操优良，年纪又比曹植大，适宜立为太子。不论在大庭广众之下，还是在单独召见的时候，桓阶都是这样劝说曹操，从始至终态度十分恳切。

这时，大臣毛玠、徐奕因为刚直忠正，不纳私党，被西曹掾丁仪视为眼中钉，丁仪就多次在曹操面前说他俩的坏话，全仗着桓阶在一旁劝解、周全。桓阶在曹操面前夸奖顺时应世之臣，助成事情成功，匡救忠良，大都如此。桓阶以后又升任尚书，协助曹操处理军政要事，还主管着选拔人才的事务。

建安二十四年（219年），汉水流域因为天降暴雨而发生了“汉水溢流，害民人”的自然灾害，关羽趁机乘大船进攻，擒于禁、斩庞德。曹仁被关羽围困，曹操派徐晃前去援救，起初徐晃兵力不足，未能顺利解围。曹操打算亲自领兵南征，以救援曹仁，就把自己的想法跟大臣们讲了，问这样办行不行。大臣们都回答说：“你要是不赶紧去，这场战事必败无疑。”唯独桓阶说：“大王您认为曹仁等能不能完全由自己判断形势、处理战事？”曹操回答：“能。”桓阶又问：“大王是不是怕他和徐晃不尽心尽力？”曹操回答：“不是。”桓阶再问：“那您为什么还要亲自前往呢？”曹操说：“我只是担心敌军人马众多，恐怕晃等势力不如敌人。”桓阶说：“眼下曹仁等身处重围之中而能拼死守城毫无二心的原因，正是因为他们所处的境地和您距离遥远。人常说，居万死之地，必有死争之心。如今他们内有死争之心，外有强将援救，大王如果统率大军按兵不动，从容向敌兵显示我军的实力，哪儿还用得着担心失败而亲自前往呢？”曹操觉得他说得有道理，就统率大军驻守在摩陂。没过多久，关羽就被打退了。

同年，孙权上书称臣，称说天命。桓阶与侍中陈群上奏：“汉朝自安帝以来，宗室已经失去了政权，国家的统治也历经了数次断绝，时至今日，剩下的只有名号而已。这天下一尺之土、一户之民，都不是汉朝所有了。汉家的气运、命数早已到了尽头，这并非今日才发生的事。因此在桓帝、灵帝之时，很多懂得图纬的人，都说‘汉行气尽，黄家当兴’。殿下顺应期运，十分天下而有其九，仍然服事汉朝，群下心中都有所期待，远近之内都为此悲叹，所以身在远方的孙权上书称臣，这实在是天时、人和互相呼应，是天下人的共同呼声。臣愚以为虞舜、夏禹接受禅让不会谦让推辞，成汤、周武王平定天下不会舍不得诛杀、放逐，这些都是在顺从天意，按照天命的安排行事，没有什么可谦让的。”

延康元年（220年），曹丕即王位。当时孙权表面臣服魏国，曹丕打算派尚书桓阶与侍中辛毗前往东吴，与孙权进行盟誓，并请他把儿子送来，但孙权辞让不受。后来，桓阶升任尚书令，成为直接对曹丕负责总揽一切政令的官员。（《三国志》记载桓阶为尚书令在曹丕称帝后；《献帝传》则记载曹丕称帝前，尚书令桓阶参与劝进。）封为高乡亭侯，加侍中。

黄初二年（221年），桓阶得病，曹丕亲自去看望，对他说：“我刚刚把我自己未成年的儿子和国家的命运寄托给你，你可要保重和努力啊！”后又晋封桓阶为安乐乡侯，食邑六百户，还把他的三个儿子都赐封为关内侯。因为桓祐是桓阶的嗣子，所以没有封侯，但是当桓祐病故之后，曹丕也追赠他为关内侯。

桓阶病势严重，曹丕又派使者传诏拜他为太常。桓阶死后，曹丕伤心得直流眼泪，谥封他为贞侯。桓阶的儿子桓嘉继承了他的爵位，桓阶的弟弟桓纂被任命为散骑侍郎，也被赐封为关内侯。

正始四年（243年）七月，太常桓阶得享从祀于曹操庙庭。

《奏请追崇始祖》、《奏请具受禅礼仪》、《奏议受禅礼仪》、《奏请受禅》、（《艺文类聚》题《劝进表》）、《又奏》、《奏改服色牺牲》

曹操平定荆州后，任命桓阶为主簿，每有深谋疑事，都会与桓阶一起讨论，有时讨论到过了中午还没吃饭，有时从夜间议论到天明，曹操叹道：“昔文帝与贾生共谈，不宽膝前于席也。”后来，曹操升桓阶为赵郡太守，对他说：“北边未清，以卿威能震敌，德怀远人，故用相烦，是亦寇恂河内之举。”

桓阶担任赵郡太守时，期月之间，增户万余。曾经有人把一囊粟掉在了路上，路过的耕者把粟挂在树上，其他人看到也没有去取。过了几天后，粟的主人得知了此事，顺利地取回了粟。

桓阶任赵郡太守时，俸禄用尽了，于是食用酱酻。曹操得知后，几次和桓阶开玩笑说：“卿家作酱颇得成不耶？”后来，朝廷下诏：“昔子文清俭，朝不谋夕而有脯粮之秩；宣子守约，箪食鱼飧而有加梁之赐。岂况光光大魏，富有四海。栋宇大臣而有蔬食，非吾所以礼贤之意也，其赐射鹿师二人，并给媒（曲糵）。”

注：此事出自《桓阶别传》，原文称“诏曰”，但曹操生前并未称帝，不知此为何时之事。

魏讽谋反案爆发后，魏国的中尉杨俊被贬。曹操叹道：“魏讽之所以敢有反心，是看我的爪牙大臣们无法遏制内奸、防备阴谋。我怎样能得到像诸葛丰那样的人，使之替代杨俊呢？”桓阶说：“徐奕就是这样的人。”曹操听从了桓阶的建议，用徐奕为中尉。

桓阶生活贫俭，在他担任尚书令时，曹丕曾乘车到桓家的府第，看见桓家的几个儿子无裈，拍着手笑道：“长者的儿子无裈！”于是把他们抱到自己的车上。同日，曹丕拜桓阶的两个儿子为郎，于是让黄门赐给桓阶三十囊衣，说道：“卿儿能趋，可以裈矣。”

自汉武帝改元太初开始，“正朔”便成为汉王朝承天之运的象征。东汉继承了这一传统。在这一传统影响下，曹魏自认为是代汉的新王朝，正朔、服色等如何确定便是统治者无法回避的问题。这一点魏文帝曹丕受禅后即注意到了。《宋书·礼一》记载文帝黄初元年诏：“……《传》曰：‘夏数为得天’。朕承唐、虞之美，至于正朔，当依虞、夏故事。若殊徵号，异器械，制礼乐，易服色，用牲币，自当随土德之数。每四时之季月，服黄十八日，腊以丑，牲用白，其饰节旄，自当赤，但节幡黄耳。其余郊祀天地朝会四时之服，宜如汉制。宗庙所服，一如周礼。”

诏书定曹魏为土德。“德”源自战国邹衍的五德终始说。照五德终始说，德的变迁跟王朝的政治气运是一致的，唐虞为土德，夏为木德，商为金德，周为火德，秦为水德，汉为火德，曹魏继汉为土德，与唐虞一致，这样便远攀上了唐虞的正统。服色车马之制则在沿用汉代基本框架的情况下将主色改为与土德对应的黄色，不过其中最重要的正朔并未改易，理由是虞、夏相承而“夏数得天”。因此从总体上看，该诏书并未将正朔、服色这些新王朝的表徵完全确定下来，这跟当时天下分崩，政治动荡以及魏文帝本人崇尚严刑峻法，不喜好这些有关。但这并不能满足公卿们的要求。

尚书令桓阶认为： “据三正周复之义，国家承汉氏人正之后，当受之以地正，牺牲宜用白。今从汉十三月正，则牺牲不得独改。今新建皇统，宜稽古典先代，以从天命，而告朔牺牲，一皆不改，非所以明革命之义也。”

“十三月正”是汉代以自己得人正，以十三月为正月。照三统说，继承人正的王朝应是地正，正朔、服色都应随地正而改易。但曹魏继承了汉的十三月正而却另定牺牲、节幡等“服色”，不合乎先改正朔再定服色的传统；并且郊庙朝会之服又沿用了汉代，亦不合自古以来的“革命”之义。这一建议反映了自两汉以正朔、服色为王朝气运之象征这一观念已深入人心，服色从属于正朔，应该一同改易。

曹丕：“吾方托六尺之孤，寄天下之命于卿。勉之！”

陈寿：“桓阶识睹成败，才周当世……魏世事统台阁，重内轻外，故八座尚书，即古六卿之任也。”

孙盛：“桓阶方惇，有义直之节。”

萧绎：“荆南信多君子，虽美归田凤，清属桓阶，赏德标奇，未过此子。”

桓超，东汉官吏，曾管理州郡。

桓胜，东汉尚书，在南方有名。

桓彝，东吴尚书，不肯在宣告孙亮罪状的文书上署名而被孙綝所杀。

桓纂，散骑侍郎，关内侯。

伏氏，按《孙夫人碑》，伏氏温和，少有国色。桓阶去世后，曹丕打算把她嫁给济南人孙氏，孙氏听从女儿的建议，以自己曾与桓阶是同僚为由拒绝。

桓祐，桓阶嗣子，但先于桓阶去世，追封关内侯。

桓嘉，桓阶之子，在桓阶去世后袭爵，娶升迁亭公主为妻。官至乐安太守，死于东兴之战。

《三国志》载桓阶另有三子，被封为关内侯。

桓氏，桓阶之女，嫁王式，事见《襄阳耆旧记》。

桓翊，桓嘉嗣子。

桓陵，桓阶之孙，仕晋，官至荥阳太守。

关于桓阶的字，《三国志》、《魏书》、《长沙耆旧传》均作“伯绪”；《孙夫人碑》则作“伯序”，未知孰是。

清人潘眉认为“阶”、“序”字义相应，应该以“伯序”为准。

《三国志·卷二十二·魏书二十二·桓二陈徐卫卢传第二十二》

明清小说《三国演义》中，桓阶有时会被误写为“桓楷”。他本是孙坚所属官吏，首次登场于小说第七回孙坚跨江击刘表时。当时孙坚在岘山树林中被刘表部将吕公引军埋伏，袭击致死；此时孙坚部将黄盖则在战场上生擒刘表部将黄祖。桓阶便自动请缨带同黄祖亲赴刘表处换回孙坚尸首，差点被刘表谋士蒯良献计杀害，结果桓阶成功完成任务，孙刘两家亦权且罢兵，后来小说没有再交代桓阶的去向。直至第七十九回曹丕篡汉自立，此时桓阶已为魏臣，更于第八十回为汉献帝草拟诏书，第二次降旨禅让于曹丕。