南燕袭击东晋，由刘裕率军抵抗。刘裕的战略胜于燕军一筹，同时慕容超还愚笨无能，尽管刘裕围攻八个月，南燕还是灭亡了。
东晋刘裕鉴于南燕于二月两次入袭东晋北部边境，为进一步提高自己的权威，便于义熙五年（公元409年）三月，上表晋安帝请求兴师击灭南燕。朝中大臣廷议均认为不可，唯有左仆射孟昶、车骑司马谢裕、参军藏熹极力赞成北伐。刘裕决心坚定，并谋划以水军、车兵、步兵、骑兵联合作战，一举击败燕军。
南燕在得知东晋大军来攻之前，桂林王太尉慕容镇等极力主张先击北魏，以雪国耻；但南燕主慕容超和征虏将军公孙五楼则主张南下袭晋。慕容超主张放纵敌人越过大岘山，再行歼灭。太尉桂林王慕容镇也劝谏，不宜纵敌入岘，自贻窘逼。阻守大岘，才是上策。慕容超仍不听从。
六月十二日，刘裕军至东莞。此时，慕容超派公孙五楼、辅国将军贺赖卢、左将军段晖率步骑5万，屯于临朐，当听到晋军已越过大岘山，又亲率步骑兵5万增援临朐。临朐在大岘山的西北，为广固南面的屏障，距城西40里有巨蔑水。慕容超遂令公孙五楼进据巨蔑水，但晋军前锋龙骧将军孟龙符也已到达巨蔑水边。于是，双方展开了激烈的争夺战，南燕军被晋军击败退走。
晋军占据了巨蔑水后，刘裕以兵车4000乘分为左右两翼，双车并行，继续前进。当晋军进至临朐城南，距城只剩数里，慕容超突然以万余骑兵前后夹击晋军。
六月十九日，晋军攻占了广固外城，收集部众退守保内城。刘裕军筑长围，高3丈，并挖堑3重，以做久困之计。同时，广泛招抚投降的燕军吏，选贤任能，华夷均甚喜悦，并利用齐地的粮食补给军队，停止了从南方的运送，使晋军更加主动。
慕容超被困，形势危急，便赦免了其桂林王慕容镇，并决定派尚书郎张纲向后秦求救。司徒乐浪王慕容惠则认为，晋军乘胜，气势百倍，我以败军之卒出击，将难以取胜。秦虽与大夏交战，但不足为虑。且秦“与我分据中原，势如唇齿，安得不来相救！但不遣大臣，则不能得重兵，尚书令韩范为燕、秦所重，宜遣乞师。”慕容超便派韩范前往。
七月，南燕尚书垣尊、京兆太守垣苗越城而出，投降于晋军。随即向刘裕建议说，张纲善制攻城器械，如若擒获张纲，广固必能攻拔。不久，张纲被晋太山太守申宣俘获，送至刘裕军营。北方地区的民众每天背负粮食前来归附刘裕军的不下1000多人，燕右仆射张华、中丞封恺均为刘裕所俘。慕容超见大势危急，便向晋请求以割让大岘以南为条件，称臣于晋，遭刘裕拒绝。
后秦主姚兴所派使者至刘裕军营，对刘裕威吓说：“慕容氏相与邻好，今晋攻之急，秦已遣铁骑10万屯洛阳；晋军不还，当长驱而进。”刘裕听后，正告后秦使者说，你回去告诉姚兴，我灭燕之后，休兵3年，即夺取洛阳、关中地区。如若你们愿意现在前来送死，便请速来！
刘裕参军刘穆之听到刘裕如此答复后秦使者，深为不解。认为，这非但不能威吓敌人，相反会将其激怒，一旦广固不能攻拔，后秦大军又至，将造成严重后果。南燕人素来敬重韩范，刘裕便让他绕城宣示燕人，他已降晋，燕军更加沮丧。
十月，张纲为刘裕军所造攻城器具完毕，“设备奇巧，飞楼木幔之属，莫不毕备。城上火石弓矢，无所用之”。晋军由于拥有了良好的攻城器械，杀伤燕军日众，加之燕军被困已久，城中粮食将尽，燕军吏纷纷越城降晋。尚书悦寿认为燕“独守穷城，绝望外援。”
虽然将军公孙五楼、贺赖卢曾挖掘地道，率众出城袭击晋兵，但无法破敌，故劝告慕容超降服。但慕容超说：“吾宁奋剑而死，不能衔璧而生！”
义熙六年（公元410年）二月初五，刘裕命率军攻城，悦寿开启城门放入晋军，慕容超率数十骑突围而逃，被晋军生俘，送至建康斩首。至此，刘裕围攻广固8个月之久，才将南燕灭亡。刘裕进入广固城中，欲将城中的男子全部坑杀，将他们的妻女赏给将士，后经韩范劝止，只将燕王公以下3000人处死。
