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义熙五年（409年），南燕主[[慕容超]]袭位，纵兵肆虐淮北，俘虏阳平太守[[刘千载]]、济南太守[[赵元]]，驱掠百姓千余家。刘裕为抗击南燕，外扬声威，于四月自建康（今[[南京]]）率舟师溯淮水入泗水。 [17] 五月，进抵下邳（今[[江苏]][[睢宁]]西北），留船舰、辎重，改由陆路进至琅邪（今[[山东]][[临沂]]北）。为防南燕以奇兵断其后，所过皆筑城垒，留兵防守。南燕鲜卑人恃勇轻敌，对晋军进入其境不以为虑。[[慕容超]]没有采纳征虏将军公孙五楼“凭据大岘山（今山东沂山）之险，使晋军不能深入”或“坚壁清野”、“断晋粮道”之良策。六月，刘裕未遇抵抗，过莒县（今属[[山东]][[日照]]），越大岘山。南燕主慕容超先遣[[公孙五楼]]、[[贺赖卢]]及左将军[[段晖]]等，率步、骑兵五万进据临朐（今属山东[[潍坊]]）。慕容超得知晋兵已过大岘山，自率步骑四万继后。燕军至[[临朐]]，慕容超派公孙五楼率骑前出，控制临朐城南的巨蔑水（今山东[[弥河]]）。与晋军前锋[[孟龙符]]遭遇，公孙五楼战败退走。刘裕以战车四千辆分左右翼，兵、车相间，骑兵在后，向前推进。晋军进抵临朐南，[[慕容超]]派精骑前后夹击。两军力战，胜负未决，刘裕采纳参军[[胡藩]]之策，遣胡藩及谘议参军[[檀韶]]、建威将军向弥率军绕至燕军之后，乘虚攻克临朐。慕容超单骑逃往城南左将军段晖营中。

刘裕纵兵追击，大败燕军，[[段晖]]等十余将被斩。[[慕容超]]逃还广固（今[[山东]][[青州]]西北）。刘裕乘胜追击北上，攻克广固外城。慕容超退守内城。刘裕筑围困之，招降纳叛，争取民心，并就地取粮养战。慕容超被困于广固内城，先后遣使驰往后秦求援。七月，后秦主[[姚兴]]派卫将军[[姚强]]率步、骑兵一万，与洛阳守将[[姚绍]]汇合，统兵共救[[南燕]]。并遣使向刘裕宣称，后秦以十万兵屯洛阳，若晋军不还，当长驱而进。刘裕识破姚兴虚张声势，不为所动。不久，姚兴被夏主[[刘勃勃]]击败于贰城，遂令姚强撤回。慕容超久困于广固，不见后秦援兵，欲割地、称藩于[[东晋]]，刘裕不允。[[南燕]]大臣相继降晋。九月，刘裕截获为借兵去后秦的[[韩范]]，使其绕城而行，以示后秦救兵无望，城内南燕守军惊恐。十月，晋军在前燕降将[[张纲]]的帮助下，制成了飞楼、冲车等攻城器具，加强了攻防能力。 [18]

义熙六年（410年）二月，[[贺赖卢]]、[[公孙]]五楼率军挖地道出击晋军，被击败，退回内城。刘裕乘机四面攻城，南燕尚书悦寿打开城门迎降，晋军攻入广固内城。慕容超率数十骑突围而走，被晋军追获，南燕灭亡<ref>[http://www.guoxuedashi.com/a/209n/3909k.html 《文献通考》 卷十·户口考一：宋武帝北取南燕，平广固（今北海郡），西灭姚秦，平关、洛，长河以南尽为宋有。]，国学大师</ref>。刘裕以广固久守不降为由，入城后，尽杀南燕鲜卑族王公以下三千人以泄愤。 [19] 慕容超被押送回师，在建康街头斩首。