刘裕猛扑不下，于是筑起长围，为久攻之计，垒高三丈，穿堑三重，抚纳降附，采拔贤俊，华夷大悦。
慕容超派遣尚书郎张纲，缒城夜出，到跑后秦求援。而秦主姚兴，正方才遇有胡夏大军对抗之患，胡夏之主赫连勃勃攻打后秦，故后秦王姚兴无暇分兵去救燕，但是佯装答允发兵，遣张纲先行返回禀报。
张纲还过泰山，被太守中宣擒住，送入刘裕军营。刘裕抓捕得张纲，甚感大喜，亲自为他释缚（松绑），赐酒压惊。张纲感念刘裕不杀款待之恩，于是情愿归降。
先是刘裕治办攻具（攻打敌军的工具用品），城上的守人曾揶揄道：“汝等虽有功具，怎能及我尚书郎张纲？”
及张纲既而投降于刘裕麾下，刘裕令张纲登楼车，呼语告于守卒，谓秦人不遑来援。守卒闻言大惧，慕容超亦惊惶得很，于是遣使者至刘裕军营中请和，愿割大岘山为界，向晋朝廷称藩。
刘裕斥还来使，慕容超穷急无法，只得再命尚书令韩范，向后秦乞师。秦主姚兴遣使人告诉刘裕，请速退兵，且言有铁骑十万，进屯洛阳，将要涉淮攻打晋朝。
刘裕怒答道：“汝去传语姚兴，我平定青州，将入函谷，姚兴自愿送死，便可速来！”妙极。
后秦使者自行回去，录事参军刘穆之入谏道：“公语不足畏敌，反致怒敌，若广固未下，羌寇掩至，敢问公将如何对待呢？”
刘裕闻言，笑道：“这是兵机，非卿所解；试想羌人若能救燕，方且潜师前来，攻我无备，何致先遣使命，使我预防？这明是虚声吓人，不足为虑！”一语道破，刘裕固可号智囊。刘穆之亦领悟而退。
刘裕即令张纲制造攻敌之工具，备极巧妙，设飞楼，悬梯木，幔板屋，覆以牛皮，城上矢石，毫无所用。眼见得城内孤危，形势岌岌。
韩范自后秦东归，见围城益急，竟而至刘裕营投诚，刘裕表韩范为散骑常侍，并令范至城下，招降守将。城中人情离沮，陆续逾城出降。
慕容超尚坚守两三月，且遣公孙五楼潜掘地道，出击晋兵。
晋营守御极严，无懈可击，于是阖城大困。
刘裕知城中穷蹙，于是誓众猛攻。是日适为往亡日，不利行师，刘裕奋然道：“我往彼亡，有何不利？”足破世人述梦。遂遍设攻敌器具，四面攻扑。
南燕尚书悦寿，料知不能支持，即而打开城门迎纳晋朝军队。燕王慕容超即率左右数十骑，惶遽越城，逃窜里许，被晋军追到，捉得一个不留，牵回城中。
刘裕升帐，责备慕容超抗命不降的罪状，慕容超神色自若，一无所言。
刘裕屠杀南燕王公以下三千人，没入家口万余，把慕容超囚解进京，自请移镇下邳，进图关洛。
刘裕在击灭南燕的作战中，最高明的战略指导是善于从敌我双方政治、经济、自然地理等诸多方面权衡优劣，做出相应的作战决策。比如刘裕从分析燕人“不知远计，近利掠获”的心理状态中，定下了越大岘险山、直冲燕军京师的战略；针对燕军骑兵众多、机动和突击力强，长于平原作战的特点，采取以车战为主，配合以步、骑兵制胜的方针。既以车阵阻挡了骑兵的冲击锋锐，又发挥了车兵、步兵以弓箭矢石与长矛杀伤敌人的威力。使车战这种已从战国之后很少再成为战场的主要作战形式，又于特定的环境中，重新显示了它的异彩，体现了古代兵法“兵无常形、水无常势”的用兵法则。在深入燕境之后，刘裕便采取了以军事打击为主与政治上分化瓦解相结合的方针。他一方面安抚百姓；一方面招降燕军官吏，使南燕的一些重要大臣、将吏不断投向晋军，每日归附的百姓也多达千人以上。这使燕军的士气受到严重的打击，军无斗志，人心思降，终于使自称拥有“铁骑万乘”的南燕君主慕容超，成了坐困孤城束手待毙的孤家寡人。
慕容超愚笨无能，缺乏应有的战略远见，也是促成晋军获胜难得的客观因素。南燕并非没有谋臣战将，像征虏将军公孙五楼、桂林王慕容镇、将军贺赖卢等都曾极力向燕主慕容超提出过颇为高明的战略决策，但均被慕容超弃之不用。若南燕能够按照公孙五楼提出的扼守大岘，阻敌深入，精骑沿海南下，切断晋军粮道，再以骑兵两面夹击的作战方针行动，那么东晋能否如此顺利地击灭南燕，无疑又当别论。由此看来，从相对意义上讲，慕容超弃险不守，纵敌入岘，固守京城广固，将腹心要害地区拱于让于晋军错误的作战指导，几乎成了南燕战败偶发的决定性因素。
话回正题，刘裕剿灭南燕，押解燕王慕容超入京，晋朝廷下令诛杀了慕容超，加刘裕兼青、冀二州刺史，拟许便宜行事。时，晋安帝义熙六年（410年）二月。
不久，却不料卢循攻陷长沙，徐道覆陷南康、庐陵、豫章，顺流而下，将袭晋都，江东大震，急得晋廷君臣，不知所措，只好飞书召传刘裕，率领军队还援。盈廷只靠一人，怪不得晋祚垂尽。
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