इस सर्ग का प्रारम्भ भगीरथ के गोकर्ण तीर्थ में घोर तपस्या करने से होता है। वे हज़ार वर्षों तक केवल वायु भक्षण कर, ग्रीष्म में पंचाग्नि, वर्षा में खुले आकाश और शीत में जल में खड़े रहकर तपस्या करते हैं। उनकी अटल भक्ति और तप से प्रसन्न होकर गंगा देवी प्रकट होती हैं और वर माँगने को कहती हैं। भगीरथ उनसे प्रार्थना करते हैं कि वे पृथ्वी पर अवतरित हों और उनके पूर्वजों—सगरपुत्रों की भस्म—को पवित्र कर उन्हें मुक्ति दिलाएँ। गंगा तो सहर्ष तैयार हो जाती हैं, पर कहती हैं कि मेरे वेग को पृथ्वी सहन नहीं कर सकती; अतः कोई ऐसा आधार चाहिए जो मेरे प्रपात को रोक सके। भगीरथ पुनः हिमालय पर जाकर भगवान शिव की आराधना करते हैं। शिव प्रकट होकर उनकी प्रार्थना स्वीकार करते हैं और गंगा को अपनी जटाओं में धारण कर लेते हैं। गंगा के अहंकार को चूर करने के लिए शिव उन्हें अपनी जटाओं की भूलभुलैया में फँसा देते हैं। भगीरथ के पुनः तप करने पर शिव गंगा की एक धारा को जटाओं से मुक्त कर पृथ्वी पर गिरने देते हैं। वह धारा तीन भागों में विभाजित होती है: एक भाग भगीरथ के रथ के पीछे चलकर सागर तक जाती है, दूसरा भागवती के नाम से विख्यात होती है, तीसरी अन्य दिशा में प्रवाहित होती है। गंगा भगीरथ के रथ के पीछे-पीछे चलकर समुद्र में मिलती हैं, फिर वहाँ से पाताल में प्रवेश करती हैं और सगरपुत्रों की भस्म का स्पर्श कर उन्हें पवित्र कर देती हैं। इस प्रकार भगीरथ के प्रयास से गंगा का पृथ्वी पर अवतरण संभव हुआ, जो तब से भागीरथी कहलाईं।