慕容超的骚扰行为让东晋朝廷很是反感，这年三月，刘裕就上表请求讨伐南燕，当然，刘裕主要想的是外扬声威，当时朝廷中商议，大臣们都以为不可轻举妄动。只有少数几位大臣认为一定能胜利，劝说刘裕出征。
      　　日期：2014-06-0221:27:57
      　　于是刘裕就从建康出发，率水军从淮水进入泗水。五月，东晋部队到达下邳，把船舰、笨重的军用物资留下，步行开进到琅邪，所路过的地方，都修筑起城池，留下军队把守。有人对刘裕说：“燕国人如果把大岘山的险要堵塞住，或者坚固城墙，使散居百姓聚居进去，只把空荡荡的田野留给我们，那么，我们的大部队深入到敌国重地，便不单不能建立什么功业，而且还可能无法安全返回，怎么办？”刘裕说：“我已经把这些考虑成熟了，鲜卑人生性贪婪，没有长远的打算，前进的时候只盼望多多地抢夺掳掠，后退的时候又吝惜田中禾苗。他们以为我们孤军深入一定不能长久坚持，因此不外乎进军驻守临朐，或者退兵戍卫广固，一定不会据险要之地抵抗、清肃四野防备我们。我敢向你们保证。”
      
      　　慕容超当时听说有东晋军队来讨伐，便召集大臣们在一起商议对策。征虏将军公孙五楼说：“吴地的兵众轻装果决，方便的是速战速决，所以不能与他们迎面作战。应该据守大岘，让他们无法进入，拖延时间，把他们的锐气泄掉，然后再挑选精壮骑兵二千人，沿着海滨南下，断绝他们运粮草的通道，另外再命令段晖率兖州的军队沿着山地向东进军，在后背处进攻他们。这是最好的办法，分别命令各地的守宰官员依靠险要自己固守，考虑估计自己所用的粮食物质等以外，剩下的全部烧毁，再把田野中的庄稼全部割光，让来犯的敌人没有东西可补充给养，他们远征的部队既没粮草，求战又找不到对手，一个月之间，我们就可以坐在那里控制他们了。这是一般的办法。把贼兵放入岘山，然后我们再出城迎战他们，这是最不好的办法了。”慕容超说：“今年，上天的吉星正在我们三齐的头上，按照天道推测，我们用不着作战，就会胜利。现在客军和主人的势力相差太悬殊，按照人间事理来看，他们远道而来，疲惫不堪一定不能耽搁太久。我据守五个州的地域，拥有富庶的百姓，强大的骑兵万群，茁壮的庄稼遍布四野，怎么能割倒庄稼迁移百姓，首先自己向人示弱呢？我看，不如放他们进入大岘山，再派精壮骑兵前去践踏他们，何必担心打不败他们。”辅国将军广宁王慕容贺赖卢苦苦劝阻，慕容超只是不听。退朝后，慕容贺赖卢对公孙五楼说：“如果一定这样的话，亡国也就没几天了！”太尉、桂林王慕容镇说：“陛下如果一定认为骑兵在平地作战方便的话，就应该冲出岘山去迎战敌人，即使在战斗中不能取胜，也还可以退守。”不应该放纵敌兵进入岘山，自己放弃险要的地势。”但是慕容超拒不听从。
      
      　　慕容镇退出后，对一个大臣说：“主上既不想主动迎战，把敌人击退，又不同意迁移居民，清肃原野。把敌人引进自己的腹地，坐在那里等待敌人的进攻围困，这一点太像汉末的刘璋了。今年之内我们国家就要灭亡，我只有一死。但是你作为中原人士，却要像江南人那样被重新纹身了。”慕容超听说这话后，暴跳如雷，把慕容镇抓起来送进了监狱。于是他下令撤回莒城、梁父两地的守军，加固修筑都城的防御工程，遴选将士和战马，等待东晋兵来。
      
      　　于是刘裕就顺利通过大岘，南燕的军队一直没有出现。刘裕举起手来，指着上天，禁不住脸上露出喜色。左右的侍从们说：“您没有看见敌人却先高兴起来，这是为什么？”刘裕说：“大军已过险关，军队没有退路可走，因此一定会有拼死作战的决心；余粮尚在田亩之中储存，我们又没有了缺乏粮草的忧虑。盗匪已经完全落入了我的手中。”
      　　六月十二日，刘裕大军和燕军遭遇，公孙五楼败退而走。刘裕用四千乘军车作为左右的屏障，排成方阵缓缓向前推进，在临朐以南的地方与南燕军队进行会战，太阳渐渐西移，双方的胜负还没有最后明朗。东晋参军胡藩对刘裕说：“南燕倾巢出动，与我们作战，临朐城中的守军一定很少。我愿意带领一支出敌不意的部队从小路去夺取这座城池，这是韩信击败赵国的办法。”刘裕于是派遣胡藩等人暗自带兵绕到南燕军队的后面，进攻临朐，号称是轻装部队从海路直接赶来增援的。很快就攻破该城。慕容超听说后，大吃一惊，单人匹马从城中逃出，赶到城南投奔段晖。刘裕趁势催动大军奋力战斗，南燕军队大败，斩杀了段晖等大将十多人，慕容超逃回广固，晋兵缴获了他的玉玺、车辇以及挂在车后的豹尾。刘裕乘胜追击，直到广固。十九日，又攻克了广固外围的外城。慕容超聚集众人进入内城据守。刘裕兴筑长墙围困他们，墙高三丈，挖了三道地沟。好言抚慰接纳投降归附的人士，选择提拔贤才俊杰，不管是汉人还是夷人，都很高兴。从此，因为夺取了齐地这里储存的粮草，便把从长江、淮河水路运输军粮的工作，全部停止。
      
      　　慕容超打了败仗，只好派遣尚书郎张纲向自己大哥后秦请求救兵，又赦免了桂林王慕容镇，把他请来相见，并谢了罪，又问他有什么好办法。慕容镇说：“百姓的心事、希望，全部维系在您一个人身上。现在陛下亲自指挥大部队前去迎战，结果是战败跑回，不但大臣们的心思难以统一，百姓也都丧失了胆气。我听说秦国自己也正有内患没有清除，恐怕也没有功夫分出兵力解救别人。现在我们逃散的士兵回来的还有几万，应该把国库中的金银布匹等全部拿出来引诱他们，让他们再去决一死战。如果天命应该帮助我们，那么这一次一定能击败敌人；如果不这样，那么死了也是一件美事。这和关起门来坐在这里等死，不也还强出许多吗？”司徒、乐浪王慕容惠说：“不对。晋军乘胜而来，气势旺盛，比原来还要超出百倍，我们用刚刚惨败的士卒抵挡他们，不也是太难了吗？秦国虽然与刘勃勃互相僵持、斗争不休，但是也不足以把这当成祸患。况且他们与我们分别占据中原地区，彼此依傍，形势就像唇齿一样，怎么能够不来救助我们呢？但是，不派出官职重要的大臣去，就请不来更多的援兵。尚书令韩范一直被我们和秦国所重视，应该派他去请求援军。”慕容超听从了他的意见。
      
      　　日期：2014-06-0222:36:40
      
      　　有人对刘裕说：“张纲心灵手巧，如果把他抓来，让他制作攻城用具，广固一定可以攻克。”正好张纲请救兵从长安回来，被人给抓住送给刘裕。刘裕让张纲登上很高的楼车，命令他在城的四周对城内高喊：“刘勃勃把秦军打得大败，所以没有谁能派兵来救你们了。”城中将士听到这话没有不大惊失色的。东晋从江南每次发兵前来增援，或者派遣使者来广固慰问，刘裕都常常暗自派兵卒在前一天夜里迎候，第二天再打着大旗、敲着锣鼓到来，显得队伍壮大了很多，于是北方的百姓拿着武器、背着粮食归降刘裕的人，每天都有一千多。晋军对广固的围攻，更加猛烈。慕容超请求割让大岘山以南的地区讲和，并愿做东晋的藩臣，刘裕没有答应。