王镇恶率军推进到渑池，派毛德祖拿下蠡吾城后，抵达潼关。檀道济和沈林子率军从陕城北渡黄河，攻陷襄邑堡后又向蒲阪进攻，但无法攻克。

义熙十三年（417）二月十九日，荥阳守将傅洪献出虎牢关，投降北魏。

姚泓命姚绍率武卫将军姚鸾等及五万将士死守潼关，命姚驴率军支援蒲阪。

沈林子对檀道济说道：“蒲阪城池坚固，守军众多，短时间内攻取不下，不如和王镇恶会师，合力攻打潼关，待攻克潼关后，蒲阪自然会不战而降。”檀道济同意了。

三月，檀道济和沈林子率军抵达潼关。姚绍迎战，大败，率残兵撤退到定城。姚绍派姚鸾袭击檀道济的粮道，又被沈林子打得大败，姚鸾被杀。姚绍再派姚赞进驻黄河岸边，企图切断晋军水路，依旧被沈林子打败。河北郡太守薛帛献出河曲，投降了晋军。

刘裕率水师从淮河、泗水入济水，准备由此再进入黄河，不过这样一来就需要经过北魏地界，他派人出使北魏，请求借路。拓跋嗣怀疑刘裕的用兵意图，便命司徒长孙嵩为督山东诸军事，由振威将军娥清、冀州刺史阿薄干率十万大军，部署在黄河北岸，阻挡晋军前进。三月八日，刘裕率水师入黄河，他任命左将军向弥为北青州刺史，镇守碻磝（qiāo áo）。

当初大军出发时，刘裕嘱咐王镇恶等人说：“收复洛阳后，须等大军集齐，再一同进兵。”此时王镇恶却忘了命令，率军直取潼关，但久攻不下，军中开始缺粮。王镇恶派人骑快马飞报刘裕，要求调拨粮草，增派人手。刘裕把来人叫到指挥船上，他打开北面窗户，用手指点着河岸上的北魏军，说道：“看看对岸的军队，我这里怎么能派得出人马！”王镇恶没办法，只有自力更生。他亲自回到弘农郡，做老百姓的工作，晓之以理，动之以情，百姓纷纷献粮，粮草问题得到解决。

四月，刘裕命白直队主丁旿（wǔ）率勇士七百人，战车一百辆，在河岸一百多步的地方摆起了却月阵，阵中竖起白色羽毛大旗，然后命朱超石率两千人携带强弩一百张进入阵中。北魏军第一次看到这种阵型，都愣住了。北魏长孙嵩率三万骑兵发起了冲击，朱超石命用强弩射击，但敌人太多，只靠强弩远远不够，还好朱超石还带有大铁锤和一千多支丈八长矛，他命人把长矛折成三四尺长的，用铁锤敲击矛头，使它们变得锋利，然后进攻。这种长矛威力特别大，一矛捅出去就能刺穿三四个人，北魏军惊骇不已，四散奔逃。晋军立斩阿薄干，长孙嵩率军撤回畔城。

姚绍派长史姚洽、宁朔将军安鸾、护军姚墨蠡、河东太守唐小方率领两千兵马驻守九原，准备凭借黄河天险，切断晋军粮道。沈林子率军拦腰攻击，大败后秦军，杀死了姚洽、姚墨蠡和唐小方。姚绍听说姚洽等人战死，气得浑身哆嗦，一大口鲜血喷出。他强撑着把兵权交给了姚赞，然后气绝身亡。

刘裕率军过洛阳，抵挡阌（wén）乡，并命沈田子率领一千多士兵进攻峣柳城。姚泓准备亲自率军抵抗刘裕，但他担心沈田子偷袭他的后方，于是决定先解决沈田子。姚泓率数万将士，出其不意到达了青泥。这大出沈田子的意料，他本来准备撤退，但听说这次是姚泓御驾亲征后，决定试一试。沈田子率亲信前行，让建威将军傅弘之作为后援。

沈田子等人被后秦军团团围住。沈田子进行战前动员，他激励士兵说：“我们出兵万里之遥，就是为了这一刻！姚泓近在眼前，能不能封官晋爵，就看你们自己了！”士兵们顿时大声高呼，摩拳擦掌，拿起短兵器，和后秦士兵短兵相接。他们奋勇杀敌，以一当十，战斗力惊人，后秦军军心本就已经涣散，现在一下子被杀死了一万多人，更加害怕，开始四散溃逃。姚泓狼狈逃窜，把专用的车子、衣服等都丢了，一路逃回了灞上。他丢下的器物均被沈田子缴获。

八月二日，刘裕率军抵达潼关，任命朱超石为河东太守，让他和振武将军徐猗之、河北郡太守薛帛会师，合击蒲阪。后秦平原公姚璞与姚成都迎战，晋军大败，徐猗之身亡，朱超石逃回潼关。姚赞派司马国璠尾随刘裕大军。

王镇恶请求率水军自黄河入渭水，兵进长安，刘裕同意。后秦恢武将军姚难率军从香城西进，王镇恶率军追击。姚泓进驻石桥，声援姚难。镇北将军姚强和姚难合兵一处，驻扎在泾水岸边，抵御王镇恶。王镇恶派毛德祖进攻，大胜，杀死姚强，姚难逃回长安。

姚赞退到郑县，刘裕率军进逼。姚泓命姚丕驻守渭桥，胡翼度驻守石积，姚赞驻守灞东，他自己则亲自率军驻守逍遥园。

王镇恶乘坐小船逆渭水而上，这种小船不是普通的船，普通的船会使水手暴露在外，这种船的水手是隐藏在船体之内的，所以后秦的人只看见小船乘风破浪而行，却看不见水手，他们非常惊讶，以为晋军有天神帮助。

八月二十三日凌晨，王镇恶军抵达渭桥。他让将士们饱餐战饭，然后重装登陆，命人把小船抛入水中，小船顺流而下。王镇恶进行战前动员，他说道：“我们的吃穿用具都已经顺水流走，今天如果取胜，可以扬名立万，高官厚禄，如果失败，将尸骨无存，大家看着办吧！”说完，他身先士卒，冲在了队伍最前面，将士们也纷纷拼尽全力进攻，大破姚丕军。姚泓率兵来救，却被姚丕的逃兵给冲散了。姚谌等战死，姚泓单枪匹马逃回皇宫。王镇恶从长安城北边的平朔门入城，姚泓和姚裕等率数百个骑兵逃奔到石桥。姚赞率军前来救援，可是走到半路，士兵们已经全逃走了。胡翼度投降了刘裕。

姚泓也准备投降，他十一岁的儿子姚佛念对他说道：“投降了不免受辱，不如自杀。”姚泓沉默不语，姚佛念跳下宫墙而亡。八月二十四日，姚泓携皇后和文武百官向王镇恶投降，王镇恶把他们关押起来。长安城中的六万户汉人和蛮夷人也归降了王镇恶。

至此，五胡十六国中的后秦灭亡，立国三十四年，共历三位国君，分别为姚苌、姚兴和姚泓。

九月，王镇恶到灞上迎接刘裕，刘裕拉着王镇恶的手，对他说道：“成就我霸业的是你啊！”王镇恶赶忙说道：“这都是因为明公英明，将士神勇，我哪里有什么功劳！”刘裕哈哈一笑，夸赞道：“你还挺谦虚的！”不过王镇恶其实也不是个省油的灯，后秦仓库里的金银财宝他可没少拿，这事儿刘裕是知道的，只是在装糊涂罢了。

刘裕命人把后秦皇家器物送到建康，然后把国库里的金银财宝分发给各位将士。后秦平原公姚璞、并州刺史尹昭献出蒲阪城投降。东平公姚赞率领皇室一百多人也来投奔刘裕，但刘裕把他们全部处死了，其余的皇室全部被迁往建康。

刘裕命人把姚泓送到建康，在闹市斩首。姚泓死时年三十岁，在位两年。晋帝司马德宗下诏封宋公刘裕为宋王，采邑增加十个郡，刘裕又假意辞谢。

之前投降后秦的司马休之、司马文思等人再投北魏，不久，司马休之去世。

十一月三日，刘穆之在忧愤中去世，年五十八岁，噩耗传到长安，刘裕接连痛悼了好几天。这时候的刘裕正遇到了难题，他本想趁热打铁，进攻胡夏、西秦、北凉等国，但将士们普遍厌战，想要回朝。正在刘裕思考下一步对策的时候，传来了刘穆之去世的消息，他担心建康方面会生变，于是决定率军回京。

回军需要时间，但建康不能没有主事的，刘裕准备让王弘接任刘穆之的职位，从事中郎谢晦建议道：“王弘即轻佻又浮躁，不如让徐羡之接任。”于是刘裕任命徐羡之为吏部尚书、建威将军、丹阳尹、代管留任。但刘裕对徐羡之显然没有对刘穆之放心，他命令徐羡之一旦遇有大事，就要呈报自己后定夺。

刘裕任命他的次子、年仅十二岁的桂阳公刘义真为都督雍、梁、秦三州诸军事，兼安西将军，领雍、东秦二州刺史；太尉咨议参军王脩为长史；王镇恶为司马，兼冯翊太守；沈田子、毛德祖为中兵参军，沈田子兼始平太守，毛德祖兼秦州刺史、天水太守；傅弘之为雍州治中从事史。这些人负责镇守关中。

关中百姓一向很敬重王猛，这种敬重自然又转移到了王镇恶身上，这引起了来自江南的将领们的嫉恨。沈田子和傅弘之几次对刘裕说，王镇恶在关中势力强大，应该提防他，但刘裕说道：“我留下你们十几个人，还有一万多将士，俗话说‘猛兽不如群狐’，你们怎么还惧怕一个王镇恶呢？”

三秦的汉人听说刘裕要回南方了，纷纷到刘裕大营前痛哭，说道：“此地不沾王化已经百年(1)，我们才刚刚见到汉人衣冠，人人欢喜雀跃，长安十陵乃刘家的坟墓，咸阳未央宫也是刘家的住宅，您要舍弃它们而去吗？”

刘裕鼻子一酸，也流下了眼泪，他宽慰父老们道：“我身负皇命，不敢擅自停留。父老乡亲们不忘故国，让刘某倍感欣喜和感谢，现我留下次子与文武贤良镇守关中，还望你们共同维护境内的和平。”言毕，他和乡亲们洒泪而别。

义熙十三年（417）十二月三日，刘裕率军从长安启程，自洛水进入黄河，再开掘汴渠东归。

(1) 公元316年，匈奴刘曜攻占了长安，距此时恰好一百零一年。