两军接战，燕军刀枪不及晋军锋锐，纷纷败退。公孙五楼见晋军锐意十足，引军暂退。孟怀玉一马当先，紧追公孙五楼不舍。
此时，沈田子率军赶至，见孟怀玉战死，深感悲痛。命麾下将士占据高处，以弓箭射敌，公孙五楼连冲数次，无法破开晋军阵形，又恐晋军大队前来，只得撤军返回临朐城。
檀韶领军进入沂山之时，杨孜敬带着张锋、沈庆之率三千兵马已然先行抵达了临朐城北。
慕容超惊得站起，惶声问道：“城北哪来的晋军，尔若妄言，便是欺君之罪。”
刘裕将船只、辎重留在下邳城，率军北向，南燕兵马已知天子要让晋军进大岘山、用轻骑克敌的旨意，索性不加阻截，沿途城池或降或逃，晋军势如破竹，于六月十二日到达东莞郡莒县(今山东日照)。
通过大岘山后，刘穆之亦向刘裕谏言，应抢占临朐河四十里外的巨蔑水。刘裕派辅国将军孟怀玉和中军参军沈田子率五千兵马前去。
刘裕抹了一把脸上的血水道：“拼到此时，便看谁能咬牙坚持下去，谁先撤走谁便先败。”
得知孟怀玉战死的消息，刘裕呆坐帐中良久。他与孟怀玉相识近二十年，两人交情莫逆。早年刘裕在北府军中职务低微时孟怀玉便一时追随。
后来孟怀玉随刘裕讨平孙恩之乱，平定桓玄之乱，又率军追击桓玄剿灭桓氏余党，战功赫赫，被授为辅国将军、下邳太守，爵封鄱阳县侯，食邑千户，始终追随于他。
沈庆之悬着心，生恐罗汉被城上守军发现。罗汉手足并用，很快攀上城头，从腰间解下绳索垂下。沈庆之大喜，拉着绳索攀上。
临朐城，位于沂山之东，巨蔑水上游，南高而北低，东、西两面为低山丘陵，有如一个巨大的簸箕。
狭路相逢勇者胜，晋军从建康一路杀至此，攻无不克战无不胜，士气正旺，在孟怀玉的率领
出发之前，慕容超给临朐城中公孙五楼下旨，“赶紧前去占据巨蔑水(弥河)，切断晋军水源，若让晋军得到巨蔑水就难攻打了。”
檀韶领命，带了建威将军向靖、参军沈林子等人进入山中，绕道前往临朐城。
临朐城头守军看到北城外晋字旗飘舞，连忙关闭城门急报慕容超。慕容超正在府中等候前方捷报。他以为自己率十万精锐前来，兵力倍于晋军，而且骑兵居多，又是以逸待劳，胜局稳定。
慕容超得知巨蔑水被晋军所夺，率军进驻临朐城。六月十六日，刘裕率大军攻打临朐城，慕容超命公孙五楼、慕容贺赖卢、左将军段晖等人率军迎敌。
公孙五楼的冲袭再度被长枪逼了回来，晋军的车阵防守严密，远则用弓箭，近则长槊扎刺，偶尔有闯入阵中的燕骑都被杀死在阵中。
刘裕盯着舆图沉吟片刻，道：“从新泰前往临朐要通过沂蒙山脉，大军难以行进，杨安玄莫非只想占据泰山郡？还是想趁愚与燕军两败俱伤后从中渔利？”
从下邳到莒县四百余里，每得一地刘裕便下令修筑城垒，派少量的兵马驻守。到达莒县后，离大岘山只有百余里了，刘裕召集众将，派刘敬宣、沈田子为先锋，率一万兵马先行通过大岘山，在山北构建工事，等候大军通过。
鲜血顺着铁甲往下直滴，将座下战马的毛发染成红色，檀韶挥舞着手中长矛，怒吼连连，身边将士高呼回应。
公孙五楼率军于临朐城外五里与晋军相遇，见晋军阵形整齐，在鼓声的指挥下稳步行进，如墙如阻，势不可挡。
广固城。慕容超得知晋军已至莒县，兴奋地道：“晋军总算来了，左卫将军公孙五楼、辅国将军贺赖卢及左将军段晖，尔等率步、骑兵五万进据临朐（今山东潍坊），朕随后率军前来，歼灭晋军，擒拿刘裕。”
话声未熄，杀声隐起，杨孜敬已经发动攻势。正如刘穆之所料，城中仅剩下两千老弱残兵，难以抵御。慕容超面如死灰，愣了片刻下旨驱赶城中百姓上城协守。
战鼓、号角纠缠在一起，刀枪寒光闪耀，鲜血染红大地。
北城激战正酣，沈庆之带着罗放等五十人悄然潜近西城角。罗放在夺取广汉城时立下功劳，成了军中司马，沈庆之看他身手灵活，此次夺取临朐城要借助他的身手。
檀韶笑问道：“主公，尚未遇敌，为何先笑？”
记事参军刘穆之一直跟随在刘裕身旁，观察着四周战况，道：“激战至此，燕军先后出动了十万人左右，应该全军出动。我军六万将士亦悉数登场，双方都竭尽全力。”
天色已暗，帐内漆黑一团，刘穆之进帐，命亲卫点燃帐中油灯。看了一眼案上原封未动的食物，轻叹一声劝道：“主公，将军难免阵前亡，人死不能复生，善待怀玉的家小便是。”
刘裕悲声道：“愚如何面对怀玉的家人？愚一定要斩下公孙五楼的狗头祭奠怀玉，等班师回朝，追赠怀玉爵位官职，厚待其家人。”
为表与晋军决战山北的决心，慕容超还下旨将大岘山南的莒城、梁父两城守军撤回广固城。在广固城构建防御，遴选兵马，准备与晋军在大岘山北决一死战。
六月十四日，晋军顺利通过大岘山，刘裕放下心来，以手指天，纵声笑道：“吾事济矣!”
刘裕大喜，下马来到战鼓前亲自擂鼓，晋军得知临朐城破士气大振。公孙五楼等人也看到临朐城上飘扬晋字旗，不敢回师临朐，率领败兵向广固城逃去。
临朐城内，杨孜敬命人紧闭城门，清点缴获的物资，军粮多达二十余万石，刀枪、帐蓬等辎重多不可数，光战马就有两千余匹。还有慕容超的车辇、玉玺、豹尾等器物、仪仗都丢在临朐城中。
刘裕见燕军兵败，下令追击，一直到戌时才收兵。此战斩杀燕国左将军段晖在内的将领十余人，杀死燕军三千多人，俘获上万人，缴获物资无数。
大军前往临朐城，却见城门紧闭，城头漆黑一团。刘裕心中升起不祥预感，命刘敬宣上前叫门。