臨朐城裏出來的軍隊越來越多，南燕的步兵也組了陣勢，朝著晉軍展開正麵衝殺，就以晉軍的車陣為攻防線，相互戰成一團，而燕軍的騎兵始終不能突破晉軍前麵和左右兩麵的防禦，為首的大將一聲令下，燕軍騎兵回轉，冒著晉軍的強弓利箭，朝著晉軍的後陣衝過來，而晉軍中的騎軍也毫不畏懼，奔馳在車陣外麵，與來犯的鮮卑騎兵互相衝殺。
這晉軍的騎兵將領名叫沈林子，說起來這個沈林子家裏當年和劉裕還是有仇的，因為沈家一家人原來是跟著大反賊孫恩孫天師混的，後來孫恩敗死，這沈家又投奔了劉裕。沈林子武藝高強，率著手下的北府軍與鮮卑騎兵大戰，每次都讓鮮卑兵的進攻徒勞無功。（注：《宋書。列傳第六十。沈林子》）
劉裕的弟弟並州刺史劉道憐，劉毅的堂弟兗州刺史劉蕃，諮議參軍劉敬宣，陶延壽、參軍劉懷玉、慎仲道、索邈等人都紛紛上前廝殺，這一仗是殺得天昏地暗，日月無光，一直殺到太陽西斜也沒有分出勝負來。
眼見天就要黑了，這戰場上的形勢就要成膠著之勢，隻是這樣一來對晉軍就大大不利，南燕占著他是地主的便宜，後麵還有南燕一國的人支持他們，而晉軍卻是遠道而來，一旦攻之不下，對於軍心士氣也是一個巨大的打擊，更何況後麵還有南燕的都城廣固，也是一個不好啃的骨頭，如果初陣失利，影響實在不小。
這時胡藩向劉裕建議，“南燕這次與我們作戰是傾巢而出，想必這臨朐城中的兵力很是空虛，我願帶著一小股人馬輕裝上陣，去奪取這座城池，隻要奪城能夠成功，那麼他們就沒有後撤之地，戰場上的燕軍也會不戰自潰。
劉裕馬上采納了這一建議，他讓胡藩以及諮議參軍檀韶、建成將軍向彌帶著戰場上的人馬假裝敗退，戰場上的燕軍也隻以為臨陣脫逃的士兵，沒有追趕，胡藩等人先把人撤到山中，再繞過戰場，從另一個方向攻城。
這臨朐城中果然防守空虛，那個叫向彌的小夥子也是個悍不畏死的勇將，身披鐵甲，硬是從敵軍中的刀槍圍殺之下第一個登上了城頭。有了第一個，就有第二個，隨著城頭上的晉軍越來越多，燕軍終於守不住了一哄而散，胡藩等人沒費多大勁兒就打開了城門，接著就是全軍進城。
因為城外的戰鬥還在繼續，胡藩等人不敢怠慢，進了城後的第一件事就是砍了燕軍的龍旗，接著插上晉軍的旗幟，對著城外大喊，“兄弟們要加油啊，臨朐城已經被我們給打下來了，我們是坐船從海上趕來的援軍。”
幾千人一起大喊的聲音有多大，想必在喊殺聲陣陣的戰場上雙方都應該聽得見，燕軍回頭一看，果然城頭上的旗幟變了，變成了晉軍的大旗，而且城頭上好多的晉軍，臨朐城真被打下來了？恐慌蔓延在燕軍之中。本來大戰了一下午的他們就很累了，不僅是身體上還有心理上的，這時聽見自己的老窩被人給抄了，導致他們連個後退的地方都沒有了，還打個屁啊，跑吧。
城頭上的旗幟一變，劉裕就發動了總攻的命令，親自擊鼓助威，晉軍車陣散開，大批步兵列隊壓出。燕軍一碰就退，晉軍騎兵四處追殺著逃跑的燕軍，黑夜之中也不知道死了多少人。
城內的慕容超聽說城破了之後，馬上帶人從城門口逃了出來，連大軍都不管了，率人連夜逃回了廣固城。
戰後打掃戰場，在這一仗中總斬殺了燕軍的大將十多人，其中就有南燕的左將軍段暉，他在南燕軍中也是屬一屬二的人物，這次劉裕他們可算是贏了個開門紅了。
而且臨朐城中的糧草輜重堆積如山，還有軍器甲仗也是不可勝數，甚至連慕容超的玉璽，禦輦，包括他出行的皇帝依仗全都成了晉軍的戰利品，尤其是剿獲了慕容超的玉璽，不僅是大功一件，也是一件振奮軍心的大事，畢竟玉璽在那時候就代表了皇帝，代表一國的天命，現在慕容超連玉璽都丟了，說明他的氣數已盡了。
劉裕聽說慕容超逃回廣固去了，派人連夜追趕，一直追到廣固城下，雖然讓慕容超逃回城中去了，但燕軍大敗，全軍覆沒的消息卻已在城中流傳，就連皇帝慕容超都隻身逃回廣固，城中一時人心惶惶。