三月，劉裕上奏章請求討伐南燕，朝廷商議都認為不可行，只有左僕射孟昶、車騎司馬謝裕、參軍臧熹認為一定勝利，勸導劉裕出征。夏季四月己巳日，劉裕從建康出發，率領船隊從淮河進入泗水。五月，到達下邳，把船隻、軍用物資留下，步行前進到琅邪郡，所經過的地方修築城池，留下士兵防守。劉裕順利通過了大峴山，沒有見到南燕兵出現，劉裕舉手指着天空，臉上露出喜悦的笑容。
左右的侍從問道：“您沒有見到敵軍先高興起來，這是為什麼呢？”劉裕説：“軍隊已經通過險關，士兵們懷有必死的決心；餘糧保存在田地裏，我們沒有缺乏軍糧的後顧之憂。敵人已經掌握在我手中了。”六月已已日，劉裕到達東莞。慕容超先派公孫五樓、左將軍段暉等人率領步兵。騎兵五萬人屯駐臨朐，聽到東晉軍隊已經通過了大峴山，慕容超親自率領步兵、騎兵四萬人前往，同時派公孫五樓率領騎兵進據巨蔑水。東晉前鋒孟龍符與公孫五樓大戰，大破公孫五樓，公孫五樓兵敗逃走。劉裕以四千乘戰車為左右翼，排陣並行，緩慢前進。與南燕兵大戰於臨朐之南，太陽偏西時分，還沒有分出勝負。
劉裕派遣胡藩以及建威將軍河內人向彌祕密出兵包抄燕軍後部，進攻臨朐，對外宣稱是從海道前來增援的輕裝部隊到達了。向彌穿着盔甲首先登城，於是攻破臨朐城。慕容超大驚失色，單槍匹馬逃跑到城南段暉軍中。於是，劉裕揮發起進攻，南燕軍大敗，慕容超逃回廣固，東晉繳獲了南燕國的玉璽、皇輦以及豹尾。劉裕乘勝追擊燕軍到達廣固，丙子日，攻克了廣固外城。慕容超聚集殘軍退守內城。劉裕修築了長長的圍牆防守。同時招撫投降和歸附者，提拔和任用賢才俊傑，華夷百姓都非常高興。劉裕憑藉着齊地糧食保證了軍糧的充足，於是把長江、淮河的漕運全部停止。二月，南燕大臣賀賴盧，公孫五樓挖通地道，從地道中出去攻擊東晉軍，但是沒有打退。二月丁亥日，劉裕率領全軍攻城，有人説：“今天是往亡日，不利於出兵打仗。”劉裕聽後改變神色並道歉。把慕容超送到東晉都城建康處死。
《劉裕滅南燕》原文節選：三月，劉裕抗表伐南燕，朝議皆以為不可，惟左僕射孟昶、車騎司馬謝裕、參軍臧熹以為必克，勸裕行。夏四月已巳，劉裕發建康，帥舟師自淮入泗。五月，至下邳，留船艦、輜重，步進至琅邪，所過皆築城，留兵守之。劉裕過大峴，燕兵不出，裕舉手指天，喜形於色。左右曰：“公未見敵而先喜，何也？”裕曰：“兵已過險，士有必死之志；餘糧棲畝，人無匱乏之憂。虜已入吾掌中矣。”六月己已，裕至東莞。
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