409年（晋义熙五年），刘裕上表请伐南燕，遂兵出建康，开始北伐。

409年，刘裕为建功业，博声望，上表欲北伐南燕，虽朝中刘毅等人极力反对，但刘裕仍决意亲自出征，率水师自建康出发，从淮河进入泗水，到达下邳后，改由陆路行至琅琊（今山东临沂）。刘裕为防燕兵断其后路，沿途筑城留兵，步步为营。而燕主慕容超不作战斗准备，既不派人把守关隘，也不坚壁清野，致使晋兵顺利通过天险大岘（今山东临朐东南的穆陵关）。

409年夏，刘裕兵达东莞（今山东莒县），慕容德率兵4万迎击，屯于临朐（今山东临朐），双方会战于临朐城南一片平原。慕容超因其骑兵善于在平原驰骋作战，遂倾城出动，刘裕则以混合军种迎击，双方酣战一天，尸堆成山，血流成河，仍难决胜负。刘裕遣胡藩、檀韶、向弥等率轻兵从小路突袭守备空虚的临朐城，不久城克。刘裕与胡藩的前后夹攻之下，燕军大败，慕容超仓皇退回广同（今山东益都西北）。

晋军乘胜攻克广固外城，燕王只得退守小城。刘裕命兵士筑三丈高墙，挖三道深沟围困广固。慕容德曾派使臣向后秦求救，未求得援兵。410年，广固被围日久，城中人心惶惶，饿病折磨之下，陆续有人出降。夏，刘裕派军四面出击，攻破广固城，生擒慕容超，并将其送建康斩首。南燕亡。