石虎对慕容皝不等他会师，却趁机抢夺段部的财产、掳掠当地人口的事感到非常生气，准备攻打慕容皝。高僧佛图澄劝他，他不听。太史令赵揽又劝他说星象对前燕有利，不宜进攻，石虎大怒，命人鞭打赵揽数下。

后赵的军队有数十万人，前燕国内气氛十分紧张，慕容皝问燕国内史高诩道：“我们该如何应对？”高诩回答道：“我们坚守城池，敌军久攻不下，到时候自然就撤走了。”

咸康四年（338）五月九日，后赵军队逼近棘城（今辽宁义县西北），前燕右司马李洪的弟弟李普认为棘城必定守不住，劝李洪赶紧逃走。李洪说道：“天道幽远难测，我们身负重责，切不可摇摆不定，到时候悔之晚矣！”但李普坚持要求李洪离开，李洪生气地说：“如果你认为自己正确，就去做。但我深受慕容氏的大恩，会一直在这里，舍生取义！”李洪和李普洒泪分别。李普出城投降了后赵，随后赵军南下，后死于乱军之中，而李洪则以自己的忠诚闻名后世。

感到害怕的不只是李普，慕容皝远远望见后赵军气势汹汹地杀过来，也感到非常恐惧，准备弃城北逃。军中将领慕舆根劝他道：“只要死死地守住城池，我们的气势就会增强，敌人气势就会减弱，到时候再伺机出城攻击。如果我们守不住城池，再逃也不迟。”

慕容皝暂时放弃了逃跑的想法，但脸上却难掩恐惧，玄菟（今辽宁沈阳市东）太守刘佩说道：“现在大敌当前，国家安危全系大王一人身上，您应该勉励士兵奋勇杀敌，不能显示出不安。请您让我出兵迎击，以展示我军的决心！”慕容皝同意了，刘佩带领几百名敢死骑兵出城攻击后赵，杀死数名后赵士兵后撤回城内，前燕军顿时士气大振。

慕容皝又征求封弈的意见，封奕回答道：“石虎的残暴已经到了人神共愤的地步，现在他倾全国之兵远道而来，只要我们坚守城池，他们久攻不下，日子一长，内部必定会出现问题，那时我们就有机可乘。目前我们所要做的，就是死守。”

后赵军从四面八方如蚂蚁般密密麻麻地涌来，架起长梯攻城。前燕军滚木雷石齐下，顽强地坚守了十几天，慕舆根在城楼上督战，后赵军攻不上来。

五月十三日，后赵军的粮食开始供应不上，石虎命令退兵。这时候，慕容皝的第四子慕容恪主动请命，率两千精骑追击后赵军，后赵军没想到前燕敢出来追击，也没有做什么防备，于是大败，被斩首三万多人。后赵各军都狼狈逃窜，丢盔弃甲，唯独石闵（即日后建立冉魏政权的冉闵）率领的一支军队完好无缺。

这是东晋十六国时期“第一名将”慕容恪的第一次登场。慕容恪，字玄恭，是慕容皝第四子，母亲为高氏，出生于大兴四年（321）。因为高氏并不得宠，所以刚开始慕容皝对这个儿子并没太在意。慕容恪长到十五六岁时，身高已经达到八尺七寸，而且相貌英俊，为人厚道大度，性格刚毅。每次和慕容皝在一起交谈时，他总是谈及治国安邦之道，而且说得头头是道，慕容皝这才对他刮目相看，让他带兵打仗，给了他施展身手的舞台。

这次后赵和前燕之战，也是另一位战神石闵第一次登上历史舞台的时刻，他的事迹我们以后再讲。

此战后，慕容皝派兵讨伐之前背叛自己投降后赵的郡县，将它们一一收复，杀了不少人。

石虎遭遇了生平最大的败绩，他感到羞耻，谋图报复。他命渡辽将军曹伏率青州兵进驻一座海岛，运送粮食三百万斛供给他们；又派人用三百艘船送了三十万斛粮食到高句丽，让典农中郎将王典率领一万多人沿海开垦田地，并在青州建造战船一千艘，准备日后进攻前燕时用。

咸康四年（338）十二月，逃到密云山的段辽派使者向后赵投降，但他很快后悔了，又派使者到前燕，说自己要归降。

石虎接到段辽的投降信后，派征东将军麻秋率领三万士兵前去迎接，他对麻秋下命令道：“受降和临阵迎敌一样，不能大意！”他命段辽的旧部，左丞相阳裕担任麻秋的司马。

慕容皝接到投降信很重视，亲自率军前去迎接。段辽和慕容皝秘密商议准备袭击后赵军。慕容皝派慕容恪率七千精兵埋伏在密云山，在三藏口大败麻秋，杀死约两万人。麻秋的战马也丢了，徒步钻入山中险要之处才得以幸免，阳裕则被生擒。

后赵将军鲜于亮也丢掉了战马，只能徒步登山，但山峰陡峭，无法前进，他一看走不了了，干脆坐了下来等待前燕军到来。不一会儿，前燕士兵把他包围住，呵斥他起身，鲜于亮说道：“要杀就杀，不杀放我走，不要说那么多废话！”鲜于亮仪表堂堂，身形魁梧，说话中气十足，看起来像个大人物，前燕兵不敢擅杀，把这事报告给了慕容皝。慕容皝派人送去了一匹马，把鲜于亮接来。经过一番交谈，慕容皝觉得鲜于亮是个人物，十分高兴，任命他为左常侍，并把前平州刺史崔毖的女儿嫁给了他。

慕容皝尽收段辽部众，待段辽如上宾，又任命被俘虏的阳裕为郎中令。

石虎得到麻秋战败的消息，暴怒，免除了麻秋的官职，剥夺了他的爵位。

不久，段辽又预谋背叛慕容皝，但消息泄露，慕容皝杀死了段辽及其同党几十人，为了缓和同后赵的关系，他把段辽首级送给了石虎。