公元409年正月一日，慕容超在东阳殿朝会群臣。当舞乐响起时，慕容超感叹舞乐不齐，就想到到东晋去掳掠一些人来充当乐伎。于是，慕容超根本不听群臣劝阻，派将领慕容兴宗、斛谷提、公孙归等于同年二月率骑兵入侵东晋的宿豫（今江苏省宿迁市宿豫区）。

慕容兴宗等攻克了宿豫，大肆抢掠一番，然后挑选两千五百名男女，带到南燕让太乐教习歌舞。不久，慕容超又派公孙归等人侵犯东晋的侨郡济南郡，擒拿太守赵元，又掳获一千多人而去。为防南燕再次发兵来袭，东晋自彭城（今江苏省徐州市）以南一带的百姓都结堡自守。

南燕不断侵犯东晋边界的消息传到建康（今江苏省南京市），东晋朝廷命并州刺史刘道怜驻防淮阴（今江苏省淮安市），以防南燕再次来侵。刘道怜是平定桓玄之乱的功臣刘裕的弟弟。刘裕当时是扬州刺史、中军将军，在东晋朝廷中威望很高。

三月，刘裕上疏司马德宗，提出要讨伐南燕慕容超。朝会之上，群臣都认为不可，只有左仆射孟昶、车骑司马谢裕、参军臧熹等认为一定能取胜，赞同刘裕出兵。司马德宗只有准奏。刘裕便着手准备出征事宜。刘裕先任孟昶为监中军留府事，又任王镇恶为中军参军。

四月十一日，刘裕率领的北征大军从建康出发，一路从淮河入泗水，于409年五月到达下邳（今江苏省睢宁县）。刘裕将船舰、辎重留在下邳，带领将士徒步朝琅邪（今山东省临沂市）方向进发。刘裕一路经过之地，都修筑城池，留下兵马驻守。军中有将领对刘裕的做法非常担心燕国人堵塞大岘山（今山东省临朐县南沂山），或者坚壁清野。刘裕胸有成竹地保证燕国人至多在临朐（今山东省临朐县）布防，或者退守广固（今山东省青州市），一定不会据守险要、坚壁清野，我敢向诸位作保。"

南燕皇帝慕容超听报刘裕率兵来伐，忙召集群臣在东阳殿商议对策。征虏将军公孙五楼提出了上中下三策，他认为晋国利在速战速决，应当占据大岘山，拖延时日。然后再挑选两千名精锐骑兵，沿着海边向南推进，断绝他们的粮道。同时令驻屯梁父（今山东省泰安市南）的兖州刺史段晖率领兖州兵马，沿着梁父山从东边攻下，让晋兵腹背受敌，这是上策。传令各地守宰据险固守，算好所需物资，其余全部焚毁，连田间禾苗也全部铲除，让敌人什么也得不到。到那时，晋兵没有供给，又求战不得，旬月之间，可以坐而获胜，这是中策。把敌人放过大岘山，我们再出城迎战，这是下策。

公孙五楼虽是一位奸臣，但此次所提的三个对策却是有一定道理的，但慕容超根本不能用其上策或中策，却选择了下策。

辅国将军广宁王慕容贺赖卢苦劝慕容超，慕容超就是不听。太尉桂林王慕容镇还不死心，再劝慕容超道∶"陛下一定认为骑兵利于平地作战，但也应当到大岘山之南迎战敌人，如果不能取胜，还可退守大岘山。无论如何不能让敌人到达大岘山之北，自行放弃险要之地。"慕容超仍然不能听从。慕容镇退出后，对领军将军韩掉说道∶"陛下不能迎头痛击敌人，又不肯坚壁清野，反而让敌人进入腹地，坐等被攻被围，就像当年的益州刘璋。今年国家一定灭亡，我也只有一死。"慕容镇这话传到慕容超的耳朵里，慕容超大怒，下旨将慕容镇投入狱中。慕容超还传令驻守莒城（今山东省莒县）的徐州兵马以及梁父的兖州兵马撤退，加强广固的防御，严阵以待。

六月十二日，刘裕所部进抵东莞（今山东省沂水县东北）。刘裕又马不停蹄一路北上，直奔大岘山。刘裕率部安全经过大岘山，没有看到一个南燕兵马。刘裕举手指天，掩盖不住心中的喜悦。左右对刘裕说道∶"主公没有看到敌人，反而感到高兴，这是为何?"刘裕说道∶"大军已经通过险地，将士都有必死之心。田间有众多粮食，兵马也不缺粮草，敌人已经在我的掌中了。"

再说南燕皇帝慕容超当时果真派公孙五楼、慕容贺赖卢及左将军段晖等率五万步骑兵驻中在临朐。当慕容超得知刘裕大军已经通过大岘山，这才感到无比的担忧。慕容超于是又亲自率领四万步骑兵前往临朐。慕容超对驻屯此处的公孙五楼说道∶"应当占据临朐县南边的巨蔑水，不然晋兵来了，，我们就会没有水源，仗也就无法打了。"公孙五楼便率部据守巨蔑水。这时刘裕的前锋孟龙符已经到达巨蔑水，随即与公孙五楼发生激战。孟龙符作战勇猛，很快将公孙五楼击破，公孙五楼率部撤退。

不久，刘裕所部到达临朐。刘裕用四千辆战车，从左右两翼徐徐向前推进，与南燕兵马在临朐城南交战。战斗非常激烈，直到中午时分，胜负未分。参军胡藩建议效仿韩信击败赵国的战术，用奇兵从小道攻取临朐城。刘裕采纳这个建言，派胡藩、咨议参军檀韶 、建威将军向弥率领一支兵马，悄悄绕到南燕兵马身后，向临朐城发起攻击，并声称是从海路赶来的另一支兵马。向弥身披铠甲，率先攀城而上，很快将临朐城攻克。消息传到慕容超那里，慕容超大为吃惊，也非常害怕，竟单枪匹马奔到正在城南作战的兖州刺史段晖的军中。这时刘裕也传令奋力进击，南燕兵马大败，段晖等十位将领全部被杀。慕容超只得逃回广固城。刘裕缴获慕容超的玉玺、车辇及车辇上的豹尾。

刘裕在临朐城取得初胜，并没有就此休整，而是传令继续北上直到广固城外。六月十九日，刘裕所部又攻克了广固的大城，慕容超退保小城。刘裕也知道广固小城非常难攻，决定修筑长长的围墙把广固小城包围，围墙高三丈，还挖深沟三道。刘裕决定长期围攻广固小城，还在城外安抚归降兵民，从中选拔贤能，当地汉人、夷人都非常欢迎。刘裕又传令在齐地征粮，停止长江、淮河的粮草供应。

广固小城中的慕容超此时已无力出城交战，突然想到自己曾经向关中的强国后秦称藩，现在国家有难，应当向后秦求救。慕容超派尚书郎张纲悄悄出城，前往长安，向后秦天王姚兴请求援救。慕容超还赦免了桂林王慕容镇，并任慕容镇为录尚书事、都督中外诸军事。

刘裕对一直不能攻克广固十分着急，忽听左右来报，城中有两人跳越城墙来降。刘裕一问才知是南燕的尚书垣尊与兄弟垣苗。二人本是慕容超的心腹，因实在不堪围困，而前来归降。也许从垣尊、垣苗兄弟口中，刘裕得知慕容超已派尚书郎张纲前往长安向后秦搬兵。军中将领对刘裕说道∶"如果得到张纲，令其修造攻城之具，广固一定可以攻克。"刘裕于是传令于途中拦截张纲。

当时，前往长安向后秦求援的南燕尚书郎张纲当时正在东返途中，当时的泰山郡已被东晋收复，各大要道严加设防，将张纲给截获了。刘裕得到张纲，用攻城的楼车将张纲送上城头，让南燕的守城将士看清，然后再绕城一周，并对城中大声喊道∶"刘勃勃已经大破秦军，秦国没有兵马前来援救。"广固城中的守将无不大惊失色。当然城中的南燕皇帝慕容超还在坚守，城头将士一时也没有弃城。

当时东晋不断有援兵来到广固，也不断有使者来到广固，刘裕没有让他们直接来到广固城下，而是于夜间悄悄前往迎接，然后于第二天再大张旗鼓地回到广固。刘裕的这一做法，让广固城中的将士看到不断有大量援兵来到。不仅如此，北方的民众前来给刘裕运送粮草的人，每天都有上千人。刘裕对广固城的围攻也越来越猛烈，南燕的重臣张华、封恺都被刘裕擒获。城中的慕容超终于坐不住了，派人出城与刘裕讲和，愿割大岘山以南领地，并愿向东晋称藩。刘裕此时根本不接受。然而就在这时，后秦终于有所行动了。

后秦当时也是内忧外患，而对藩国南燕的求援，姚兴只能先派使者前往刘裕军中，以图能够让刘裕退兵。刘裕将后秦的使者叫到面前，说道："你回去对你们的天王姚兴说，我攻克燕国之后，休兵三年，然后就取洛阳、关中。如果你们的兵马要自送上门，那就快点吧。"

后秦使者回到长安后，南燕的尚书令韩范也来到了后秦。韩范极力向姚兴请求派援兵帮且南燕。当时姚兴虽然正准备前往讨伐胡夏的刘勃勃，但还是派卫将军姚强率一万骑兵前往援救南燕。姚兴令姚强与韩范先到洛阳与东平公姚绍会师，然而再一同东进。韩范带着后秦的救兵一路东行，以为南燕这回必定有救了。可是让韩范没有想到的是，他与姚强还没有到达洛阳，姚兴的急令就送达姚强军中。原来御驾亲征的姚兴惨败于刘勃勃，其急令是要姚强停止援救南燕，迅速回师长安。

韩范当时看到秦国收回救兵，已对南燕失去信心。九月，韩范到达广固城外的刘裕大营。刘裕非常高兴，连忙带着韩范沿着广固城循城一周。城内坚守的将士正在苦苦等待韩范搬来的救兵，没想到不仅没有看到救兵来，反而看到韩范投降了刘裕。南燕将士一时士气低落，无心再战。

410年二月，广固城内的南燕君民实在无法支撑。慕容超决定派广宁王慕容贺赖卢、征虏将军公孙五楼与城外晋兵交战。二人当然不敢公开率兵出城，而是在城内悄悄挖掘地道，偷袭城外晋兵。慕容贺赖卢、公孙五楼刚从地道里出来，便被刘裕的围城兵马击败，二人只得再次退入城中。

二月五日，包围广固城将近八个月之久的刘裕认为攻城时机已到，传令所部兵马向广固城发起最后的进击。南燕尚书悦寿看到大势已去，主动打开城门，迎接晋兵入城。慕容超带领左右数十名骑兵突围而走。刘裕派人追击，终将慕容超擒获。慕容超被带至刘裕的大帐前，刘裕责备慕容超不降之罪。慕容超神色自若，并不乞降，只求刘裕转告当年曾经来投南燕的刘敬宣，请刘敬宣为其照顾母亲。

广固城终于攻克了，刘裕想到自己竟然在这个城池面前包围了近八个月，耗尽大量人力物力，不禁怒从心边起。刘裕把不能及时攻克广固的愤恨全部加到广固城的兵民身上，刘裕决定将城中兵马全部挖坑活埋，而将他们的妻女赏与所部将士。韩范劝阻道∶"晋室南迁之后，中原鼎沸，士人百姓没有依靠，遇到强大的首领只好依附。既然成为君臣，就当全力为之尽忠。广固城中的士人百姓也都是当年晋朝的子民，现在王师前来吊民伐罪，反而坑杀百姓，这让百姓往哪里去?我担心西北一带（指后秦）的百姓也不会再有期盼了。"刘裕听后，意识到自己的想法非常错误，立即肃然起敬，诚恳地向韩范致歉。尽管如此，刘裕还是下令杀掉王公以下三千多人，有一万多家被抄。刘裕还传令将广固城墙摧毁，并将慕容超押至建康（今江苏省南京市）问斩，南燕至此灭亡。