六月十二日，刘裕军至东莞郡（今山东临沂）。
慕容超先遣公孙五楼、贺赖卢及左将军段晖等，将步骑五万屯临朐，闻晋兵已过大岘山，又自将步骑四万前往增援，对公孙五楼道：“我军宜进据川源，晋军至而失水，必不能战矣。”
公孙五楼率骑进据巨蔑水，欲断水源，晋军前来争水，前锋龙骧将军孟龙符单骑冲阵，勇不可挡，燕军应手破散，晋军即据水源。燕军遂大败而退。孟龙符乘胜追击，而后骑不及，燕军数千骑将其团团围住，孟龙符奋槊接战，每一合辄杀数人，然众寡不敌， 遂遇害，时年三十三。
孟龙符为孟怀玉二弟，为孟子后裔，兄弟二人皆为京口首义之人。
公孙五楼麾军复来，晋军震恐，欲后退，镇军参军沈田子振臂大呼道：“今退必死，力战乃生。”遂与兄弟沈林子率军与燕军大战，燕军为之破胆，公孙五楼见无法破敌，率军引退。
沈田子，字敬光，吴兴武康(今浙江德清县武康镇)人。沈林子，字敬士，沈田子四弟。其兄弟祖父沈警，曾任谢安参军，家世富殖，财产累至千金。初，钱唐人杜子恭通灵有道术，东土豪家及京邑贵望，并事之为弟子，执之甚恭。沈家累世事道，亦敬事子恭。及杜子恭死，门徒孙泰、泰弟子孙恩传其业，沈警复事之。
隆安三年，孙恩于会稽作乱，自称征东将军，三吴之民群起响应。沈警子沈穆夫时在会稽，孙恩任其为前部参军、振武将军、余姚令。其年十二月二十八日，孙恩为刘裕所破，沈穆夫及伪吴郡太守陆瑰之、吴兴太守丘尪（wang），被高素所执，一同被杀，传首京城。
沈警闻沈穆夫参与叛乱，逃匿于乡。宗人沈预素无士行，向与沈警不和。至是，沈预告官沈警藏身之所，故沈警及其子仲夫、任夫、预夫、佩夫一并遇害。唯沈穆夫子沈渊子、云子、田子、林子、虔子因年少，不为所瞩，侥幸逃脱。
沈田子兄弟将家宅贱卖，把祖父诸叔等人草草安葬。因官府缉拿，只得藏身草泽，常虑及祸，而沈预家甚强富，志在将其灭门。
时刘牢之东讨孙恩，放纵其下，暴虐纵横，民甚苦之。独刘裕军纪律严明，秋毫无犯。
沈林子闻听，与众兄弟商议道：“妖贼扰乱，我一门悉被驱逼，父祖诸叔，同罹祸难，我等犹复苟且偷生者，正以大仇未报，亲老漂寄尔。今见刘裕将军伐恶旌善，是有道之师，谨率老弱，归罪请命。”
大哥沈渊子思索半日道：“今窜伏草泽亦死，赴刘裕军亦死，不若死中求生。”遂率众兄弟前往刘裕军中自首。
沈家兄弟跪于军门，流涕哽咽，哭诉其事，三军为之感动。刘裕亦甚怜之，道：“你等既是国家罪人，强仇又在乡里，唯当随我还京，可得无恙。”乃载沈家兄弟以别船回京，令其移住京口，刘裕分宅与其兄弟栖身。
刘裕起兵京口，沈氏兄弟从之，任为参军。至是沈氏兄弟决心东下吴兴报仇。
沈预闻沈田子兄弟复起，虑其为害，常被甲持戈以备。
五月立夏日至，沈预正大集会，子弟盈堂，沈田子，沈林子兄弟仗剑直入，沈预猝不及防，当堂被斩，在场男女无长幼悉被屠之，兄弟二人以沈预首级祭奠父、祖墓。
此次刘裕北征，兄弟二人从之。
公孙五楼退走，刘裕以车四千乘为左右翼，方轨徐进，车悉张幔，御者执槊，又以轻骑为游军。晋军号令严肃，行伍齐整。
未及临朐数里，段晖率鲜卑铁骑万余，前后交至。刘裕命兗州刺史刘藩（刘毅弟）、弟并州刺史刘道怜、谘议参军刘敬宣、陶延寿、参军刘怀玉、慎仲道、索邈等，齐力击之。
鲜卑骑兵未至兵车，已被箭雨射杀大半，及至车阵近前，晋军藏于车幔后举槊刺之，燕军又被刺杀大半，积尸盈野。
慕容超在临朐城头督战，数令燕军冲阵，故燕军死战不退，两军战至日西，胜负犹未决。
参军胡藩观察形势后，献计于刘裕道：“燕悉兵出战，临朐城中留守必寡，我愿以奇兵从间道取其城，此韩信所以破赵也。”
刘裕大喜，对诸将道：“藩有韩信之智，孰为霸王之勇？”
建威将军向弥应声而出，道：“臣愿先登，不克，斩臣之头。”
刘裕壮之，赐酒。遂遣胡藩、向弥及谘议参军檀韶潜师出燕兵之后，攻临朐，声言轻兵自海道至矣，向弥贯甲先登，燕兵莫不披靡，日落陷城，斩其牙旗。
慕容超闻城破，大惊失色，单骑逃奔段晖军于城南。燕军大乱，刘裕遥见临朐城头燕军旗落，亲擂战鼓，催兵奋击，燕众大败，斩段晖等大将十余人，慕容超狼狈遁还广固，晋军获其玉玺、御辇及豹尾车（天子属车）等物，堆积如山。
刘裕率军乘胜至广固，六月十九日，克其大城，慕容超收众入保小城。
刘裕筑长围守之，围高三丈，穿堑三重；抚纳降附，采拔贤俊，华、夷大悦。于是晋军因齐地就粮，悉停江、淮漕运。
慕容超被困城内，彷徨无计，右仆射张华献计道：“我为秦藩，唇亡齿寒，不若乞师与彼？”
慕容超道：“只好如此。”立遣张华，携封恺、尚书郎张纲乞师于姚兴。又赦慕容镇，进录尚书、都督中外诸军事。引见群臣，当面谢罪道：“朕嗣奉成业，不能委贤任善，而专固自由，罪在朕躬。覆水难收，悔将何及！然智士逞谋，必在事危，忠臣立节，亦在临难，诸君其勉思六奇，共济艰运。”
慕容镇叹了口气道：“百姓之心，系于一人。陛下亲率六军，身先奔败，群臣解心，士庶丧气，内外之情，不可复恃。臣闻西秦自有内难，恐不暇分兵救人，正当更决一战，以争天命。今散卒还者，犹有数万，可悉出金帛、宫女，更令一战。天命在我，必能破贼。如其不济，死尚为美，强似闭门待尽，束手就擒！”
司徒慕容惠道：“不然。今晋军乘胜，有陵人之气，败军之将，何以御之！秦虽与勃勃相持，不足为患。且二国连横，势成唇齿，今有寇难，秦必救我。但自古乞援，不遣大臣则不致重兵，是以赵隶三请，楚师不出；平原一使，援至从成。尚书令韩范德望具瞻，燕秦所重，宜遣乞援，以济时难。”于是慕容超再遣韩范乞师于姚兴。
秋，七月，朝廷加刘裕北青、冀二州刺史。南燕尚书垣尊及弟京兆太守垣苗逾城来降，刘裕任其为行军参军。垣尊、垣苗皆慕容超所委任，以为腹心者也。
晋师围城，四面皆合。垣尊窃告刘裕道：“燕尚书郎张纲有巧思，若得其使为攻具，广固必可拔也。”
是月，张纲、右仆射张华、中丞封恺等自长安归，并为晋军所获。刘裕令人用楼车载张纲绕城大呼道：“刘勃勃大破秦军，无兵相救。”城中军民闻之，莫不变色。
慕容超在城头见之，大怒，伏弩射之，张纲乃退。
刘裕又令张华、封恺与慕容超书，劝令早降。慕容超遣使求和，请为藩臣，割大岘山以南进献，并贡马千匹，以通和好。
刘裕哼了一声，对使者道：“我爱惜百姓，故准其肉袒来降，或可活命，此刻尚冀为藩乎？”，遂不许。
晋国援兵又至，江南每发兵及遣使者至广固，刘裕则潜遣兵夜迎之，明日则大张旗鼓而至，城中见之更为惶恐。齐地之民执兵负粮来归者，日以千数。
韩范至长安，哭拜于姚兴，告以唇亡齿寒之理，姚兴因刘勃勃为边患，本不欲救燕，却不过颜面，遣使至晋营，对刘裕道：“慕容氏与我大秦相与邻好，永为藩臣，今晋攻之甚急，秦已遣铁骑十万屯洛阳；晋军不还，当长驱而进。望公三思。”
刘裕闻言大笑，对秦国使者道：“借君之口，传语姚兴：我克燕之后，息兵三年，当取关、洛。今能自送，便可速来！”
秦使大窘，灰头土脸而去。
刘穆之闻有秦使，驰入见裕，而秦使者已去。刘裕即以所言告穆之，刘穆之嗔怪道：“公日常事无大小，必赐预谋。此次秦使来，如此大事，必应详议，因何遽尔答之！公语不足以威敌，适足以怒之。若广固未下，羌寇接踵而至，腹背受敌，公何以待之？”
刘裕笑道：“此乃兵机，非卿所解，故不相商耳。夫兵贵神速，彼若真能赴救，必畏我知，宁容先遣使告之？力有不逮，故自张大之辞也。我北府不出，为日久矣。羌见我伐齐之战，始将内惧。自保尚不暇，何能救人邪！”
刘穆之叹服。
秦使回报姚兴，姚兴闻言大怒，道：“竖子，敢轻我耶？”乃遣其将姚强率步骑一万，随韩范就其将姚绍于洛阳，并兵来援。
九月，姚兴自领兵与夏主赫连勃勃战于依力川（今甘肃平凉）之贰城，大败而还，不得以将姚强召还长安，以备夏军。
韩范见秦军西归，仰天长叹道：“天其灭燕乎！”
张华见燕军不降，向刘裕献计道：“今燕人所以固守者，全仗韩范，冀得秦援。范既时望，又与姚兴旧识，若勃勃败后，秦必救燕，宜密信诱其，啖以重利，韩范来，则燕人绝望，自然降矣。”
刘裕从之，表奏韩范为散骑常侍，遣使持书赴洛阳密召之。韩范得刘裕手书，无奈前来请降。
刘裕知韩范辩士无双，有心试探道：“卿欲立申包胥之功，何以虚还也？”
韩范道：“我韩氏世蒙燕宠，故泣血秦庭，冀匡祸难。然西秦多故，丹诚无效，可谓天丧弊邑而助明公。智者见机而作，敢不至乎！”
刘裕大笑，道：“卿真乃陆贾之流也。”
韩范拜谢道：“愧不敢当。公真乃高祖之风。”刘裕大悦。
翌日，刘裕载韩范同车循城，燕人望见，由是人情离骇，无复固志，刘裕对韩范道：“卿宜至城下，告以祸福。”韩范答道：“虽蒙刘公殊宠，然范犹未忍谋燕也。”
刘裕嘉之，不再勉强。
慕容超左右劝其诛韩范家，以止后叛。慕容超因其弟韩卓尽忠无贰，故不为加罪。
张纲为晋军造冲车，覆以版屋，蒙之以皮，并设诸般奇巧，城上火石弓矢无所施用；又为飞楼、悬梯、木幔之属，遥临城上。慕容超大怒，悬其母于城上而支解之。
晋军攻城甚急，贺赖卢、公孙五楼掘地道出城，偷袭晋营，晋军稍却，刘裕见城急切南下，死伤甚众，命长围缓攻。
十月，燕之徐州刺史段宏、封融自魏国来归，段宏献计道：“昔赵攻曹嶷（yí），望气者以为渑水带城，非可攻拔，若塞五龙口，城必自陷。石季龙（石虎字，后赵武帝）从之，而曹嶷请降。后慕容恪之围段龛，亦如之，而段龛降。降后无几，又逢地震开之。今旧基犹在，可令人塞之。”
刘裕从其言，令人塞五龙口。至是，城中男女患脚弱病者大半。
是岁东莱雨血，广固城有鬼夜哭。
十二月二十二日，太白犯虚、危，主天下乱，国亡，将死，人哭泣。南燕灵台令（占星之所）张光将此兆奏明，并劝慕容超出城投降，慕容超听罢，手起剑落将其斩杀当场。
众大臣再不敢言。
返义熙六年（公元410年）正旦，慕容超登天门，朝会群臣于城上，城中乏食，不得以杀马犒赏将士，大小文武皆有迁授。
慕容超宠姬魏夫人从其登城，见晋师之盛，握慕容超手，相对而泣。韩讠卓见之，劝谏道：“陛下遭此劫难，正是勉力之秋，何作此小女子之态！”
慕容超拭目谢之。尚书令董锐劝超出降，慕容超大怒，将之下狱。尚书悦寿向为慕容超所喜，择机进言道：“天地不仁，助寇为虐，战士疲病，困守孤城，外援已绝，天时人事，亦可知矣。苟历运有终，尧、舜降位，转祸为福，陛下岂可不思变通之计，以全宗族、太庙也？”
慕容超叹道：“废兴，命也。朕宁奋剑而死，绝不衔璧求生。”广固城中出降者相继。
城外晋营诸将劝刘裕攻城，刘裕道：“城中援绝粮断，唾手可得，何必令士卒损伤？”
广固未拔，卢循欲北上袭晋，潜遣使交结沈田子及宗人沈叔长，沈叔长携卢使来见沈田子，其使道：“北府杀尔父，当为世仇，今虽得志，日后必死于其手。沈氏世代奉教，当从教主之命，事成后必有大富贵。”
沈田子见情势不对，佯为答应，使者令其南面而誓，沈田子起誓道：“我若叛教，必不得好死。”使者闻听，才与沈叔长放心而去。
使者去后，沈田子即密白刘裕，刘裕闻言大惊，因沈叔长素骁勇，刘裕以燕未平，隐忍不发。
刘裕连夜召集众将，议攻广固，将佐并集，忽有鸟大如鹅，通体苍黑，直飞入中军大帐，众皆惊骇，以为不祥。胡藩拱手贺道：“苍黑者，胡虏之色，胡虏归我， 大吉之兆也。”
刘裕大悦，计议遂定。
二月初五，刘裕悉众攻城。刘藩劝谏道：“今日为往亡日，不利行师，当择吉日。”
刘裕怒道：“我往彼亡，何为不利！” 催兵四面急攻之。
悦寿见大势已去，遂开门以纳晋师。
慕容超闻变，大骂悦寿，与左右数十骑出亡，为晋军所执。
刘裕责慕容超以犯边、不降之状，慕容超神色自若，一无所言，看见刘敬宣侍立在侧，道：“素闻万寿以孝闻天下，昔年先帝待你不薄，今我死无憾，唯以老母相托，君其可否？”
刘敬宣看看刘裕，刘裕点点头，刘敬宣道：“君且宽心，你母亦我母。”
慕容超哈哈大笑，刘裕将其押送建康市曹斩之，时年二十六。在位六年。南燕自慕容德于安帝隆安四年即位，至慕容超，历二世，凡十一年，于义熙六年灭。正应当年竺朗之言，燕祚不过一纪。
刘裕忿广固久攻不下，士卒死伤甚众，欲将俘虏尽坑之，将妻女犒赏将士。韩范谏道：“晋室南迁，中原鼎沸，士民无援，强则附之，既为君臣，须为之尽力。彼皆衣冠旧族，先帝遗民；今王师吊民伐罪而尽坑之，使后人安所归乎！窃恐西北之人无复来归之望矣。”
刘裕改容谢之，然犹斩慕容氏王公以下三千人，没入家口万余，夷其城郭，广固自是不复存焉。
刘裕既平广固，乃诛沈叔长，对沈田子感叹道：“昔魏武在官渡，汝、兗之士，多怀贰心，唯李通（曹操时名将）独断大义，古今一也。”
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