人向弥，暗中率领军队绕到燕军后方，进攻临朐，同时故意宣称是从海路赶来的轻装部队。向弥身穿铠甲，率先登上城墙，最终攻克临朐。慕容超大惊失色，独自骑马逃到城南，投奔段晖。刘裕趁机指挥大军奋勇进攻，燕军大败，斩杀段晖等十多名大将，慕容超逃回广固，东晋军队缴获了南燕的玉玺、皇帝车驾以及象征皇权的豹尾。刘裕乘胜追击，抵达广固，六月十九（丙子），攻克广固外城，慕容超收拢残余部众退守内城。刘裕下令修筑长墙包围内城，墙高三丈，挖掘三道壕沟；同时安抚接纳投降的燕人，选拔任用有才能的人，汉族人和少数民族人都十分高兴。于是，东晋军队依靠齐地的粮食储备，停止了从长江、淮河一带的漕运。
慕容超派遣尚书郎张纲前往后秦请求援军，同时赦免桂林王慕容镇，任命他为录尚书、都督中外诸军事，召见他并向他道歉，还询问对策。慕容镇说：“百姓的心意，都寄托在陛下一人身上。如今陛下亲自率领大军，却战败逃回，大臣们离心离德，士兵百姓士气低落。听说后秦自身也有内患（指赫连勃勃的威胁），恐怕没有空闲分兵救援我们。现在逃回来的散兵还有几万人，应该拿出全部金银布帛来犒赏他们，再和东晋军队决一死战。如果上天保佑我们，就一定能击败敌军；如果不能，战死也是件壮烈的事，比关起城门坐等灭亡要强得多！”司徒、乐浪王慕容惠说：“不对。晋军乘胜而来，气势百倍，我们用战败的士兵去抵挡他们，不是太难了吗！后秦虽然和赫连勃勃相持不下，但还不足以成为大患；而且后秦和我们分别占据中原，形势如同唇齿相依，他们怎么会不来救援呢！只是不派遣大臣去请求，就得不到重兵支援，尚书令韩范深受后秦和我国的重视，应该派他去请求援军。”慕容超听从了他的建议。
秋季，七月，东晋朝廷加授刘裕北青、冀二州刺史职务。
南燕尚书、略阳人垣尊，以及他的弟弟、京兆太守垣苗，翻越城墙前来投降刘裕，刘裕任命他们为行参军。垣尊、垣苗都是慕容超信任重用的核心亲信。
有人对刘裕说：“张纲有精巧的构思，如果能让他制造攻城器械，广固一定能攻克。”恰逢张纲从长安（后秦都城）返回南燕，太山太守申宣抓获张纲，将他送到刘裕军中。刘裕让张纲登上楼车（古代观察敌情或攻城的高台战车），命令他绕着广固城呼喊：“赫连勃勃大败后秦军，后秦没有兵力来救援你们了！”城中南燕军民听闻后，无不惊慌失色。每当江南（东晋）派兵或派遣使者抵达广固前线，刘裕总会暗中派兵在夜间迎接，第二天再让军队举着旗帜、敲着战鼓浩浩荡荡而来；北方地区的百姓拿着武器、背着粮食归附刘裕的，每天有上千人。东晋对广固的包围愈发严密，南燕大臣张华、封恺都被刘裕俘获，慕容超请求割让大岘山以南的土地，向东晋称臣，刘裕没有同意。
后秦王姚兴派遣使者对刘裕说：“慕容氏与我们是相邻的友好国家，如今晋军攻打他们紧急，秦国已派遣十万精锐骑兵屯驻洛阳；如果晋军不撤军，我们就长驱直入进攻晋军。”刘裕叫来后秦使者，对他说：“回去告诉姚兴：我攻克南燕之后，会休整军队三年，然后进军夺取关中、洛阳。现在他要是敢自己送上门来，就尽管放马过来！”刘穆之听说后秦使者来访，便急忙骑马赶来见刘裕，但使者已经离开。刘裕把自己对使者说的话告诉刘穆之，刘穆之责备他说：“平时无论大事小事，你都会和我商量，这件事本该仔细谋划，怎么能仓促回答！这番话不仅不足以威慑敌人，反而会激怒他们。如果广固还没攻克，羌人（指后秦）的军队突然赶到，不知道你该如何应对？”刘裕笑着说：“这是军事机密，不是你能理解的，所以没和你商量。用兵贵在神速，如果姚兴真的能赶来救援，肯定会害怕我们知道，怎么会先派使者来，故意说这种话！这不过是他虚张声势的言辞罢了。晋军很久没有大规模出兵了，姚兴看到我们讨伐南燕，心里已经开始畏惧，自保都来不及，怎么还能救援别人呢！”
西秦的乞伏乾归重新登上秦王之位，实行大赦，改年号为“更始”，文武百官从公卿以下，都恢复原来的职位。
慕容氏家族在北魏境内的有一百多家，他们谋划逃离北魏，北魏君主拓跋珪将他们全部处死。
当初，北魏太尉穆崇和卫王拓跋仪曾埋伏士兵，谋划刺杀拓跋珪，最终没有成功；拓跋珪爱惜穆崇、拓跋仪的功劳，便将此事隐瞒下来，没有追究他们的责任。等到拓跋珪患病后，诛杀了很多大臣，拓跋仪因担心自己被治罪而逃奔，最终被追兵抓获。八月，拓跋珪赐拓跋仪自杀。
接着，南燕的封融前往刘裕军中投降。
九月，东晋朝廷加授刘裕太尉官职，刘裕坚决推辞。
后秦王姚兴亲自率领军队攻打夏王刘勃勃，抵达贰城（今陕西黄陵西北），派遣安远将军姚详等人分别监督粮草运输。刘勃勃趁后秦军后方空虚，突然率军来袭，姚兴十分畏惧，想轻装骑马前往姚详的军营。右仆射韦华说：“如果陛下的车驾一动，军心就会恐慌，军队必定不战自溃，而且不一定能赶到姚详的军营。”姚兴率军与刘勃勃交战，后秦军大败，将军姚榆生