广固城被刘裕大军包围后，被南燕国主慕容超喜欢、重用并引为心腹的尚书垣尊和他的弟弟垣苗，都跳出城墙向东晋部队投降，刘裕任命他们为参军。

有人对刘裕建议说：“尚书郎张纲心灵手巧，如果把他抓来，让他来制作攻城用具，广固城一定可以攻克。”

正好张纲从长安请救兵回来，被申宣抓住了送给刘裕。刘裕让张纲登上楼车，命令他在城的四周对着城内高喊：“夏国的郝连勃勃把秦军打得大败，所以没有谁能派兵来救你们了！”城中将士听到这话都大惊失色，人心惶惶。

东晋从江南每次发兵前来增援，或者是派遣使者来广固慰问时，刘裕都暗自派兵卒在前一天夜里迎候，第二天再扛着大旗，敲锣打鼓大张声势地到来，北方的百姓拿着武器、背着粮食前来归降刘裕的人，每天都有一千多人。

晋军对广固的围攻越来越猛烈，南燕大臣张华、封恺都先后被刘裕俘虏，慕容超请求割让大岘山以南的地区讲和，并愿意做东晋的藩臣，刘裕没有答应。

后秦国主姚兴派遣使者去对刘裕说：“慕容氏与我们相邻，关系友好，现在你们这样急迫地进攻他们，我们秦国已经派遣十万精锐强壮的骑兵屯聚在洛阳，你们的部队如果不撤退，那么，我们就要长驱进军了！”

刘裕把后秦的使节叫到跟前来对他说：“回去告诉你们姚兴：我本打算攻克燕国之后，停止军事行动修整三年，然后就要去夺取你们的关中和洛阳。如果今天你们要是能自己来送死，那就快点来吧！”

刘穆之听说有后秦使节来，便骑着快马跑来拜见刘裕，但后秦使者已经走了。刘裕把自己说的话告诉了刘穆之，刘穆之埋怨他说：“平常的时候事情无论大小，你都一定找我商量，这件事太重大，应该好好考虑一下再决定，为什么就这样贸然地答复他呢？你说的这话不但不足以把敌人威慑住，相反却足以激怒他。如果广固没有攻下，那些羌族的强盗又突然到来，不知道你准备怎么对付他们。”

刘裕笑着说：“这是用兵之道，不是你所能明白的，所以才不告诉你。兵贵神速，他们如果真的能赶来救援的话，一定是害怕我们知道，哪里还能事先派人来通知我，说下这番话呢？这一定是他们的大话！晋军已经很久不出国征战了，羌人看见我们大举讨伐三齐之地，心中已经开始畏惧，他们保全自己还来不及，怎么还能援救别人呢？”

南燕尚书令韩范到后秦去请救兵，姚兴派遣姚强统帅骑兵一万人跟随韩范到洛阳与姚绍会和，然后两个合兵一起去救援南燕。部队出发不久，姚兴就被郝连勃勃打败，又派人追上姚强，让他带部队回长安戍卫，韩范仰天长叹说：“上天要让我燕国灭亡了！”

刘裕写信给韩范招降他，后秦派人也招纳韩范，韩范说：“刘裕从平民起家，剿灭桓玄，兴复晋室，这次起兵讨伐燕国，所到之处，无不土崩瓦解，这一定是天意，不是人力所能及。燕国亡，秦国跟着就是第二个，我不能再受一次亡国之辱。”于是投降了刘裕。

刘裕对韩范说：“你不是想建立像申包胥那样的功业吗，为什么空着手回来了？”

韩范说：“我家世代蒙受燕主恩宠，所以我到秦庭那里痛哭求援，希望能挽救燕国于祸难之中，适逢秦国多变故，我的赤诚没有收到效果，可以说这是上天要灭亡燕国，帮助明公。明智的人见机而动，我岂敢不来呢！”

第二天，刘裕带着韩范绕城巡行，因此燕人心中更加害怕，再也没有坚守的心思。刘裕对韩范说：“你应该到城下去，把生死祸福告诉慕容超。”韩范恳切地说：“我虽然承蒙您非同一般的恩宠，但还是不忍心去图谋燕国。”刘裕对此很嘉奖，并不勉强他。

张纲为刘裕设计制造冲车，用木板覆盖在车上，蒙上皮革，同时设置各种巧妙的机关，城头上的火石弓箭都不起作用；又制造了飞楼、悬梯、木幔之类，逼近城头，慕容超大怒，把他的母亲悬挂在城墙之上，活活肢解了。

时间到了第二年正月，初一这天，慕容超与宠妃魏夫人登上城墙，看见东晋军队的强盛景况，不由得握住对方的手相对哭泣起来。韩卓规劝说：“陛下遭受险恶的命运，正应该不懈努力，用来鼓舞将士百姓的斗志，怎么能做这小女子似的痛哭流涕的事情呢？”慕容超擦干了眼泪，表示歉意。

慕容贺赖卢和公孙五楼挖了一条地道出来袭击东晋部队，被刘裕打败，只得退回内城。广固城门关闭太久，城中男女百姓患软脚病的人超过一半，因此出城投降的人一个接着一个。

尚书悦寿劝说慕容超道：“现在，上天帮助强盗制造罪恶，我们的将士疲惫凋零，单独困守这一座穷破的城池，外援已经毫无希望，天时和人心的倾向也是可以想见的。如果气数已尽，命该如此，那么，即使是尧舜也不能不退位，陛下怎么可以不想一下变通的办法呢？”

慕容超叹息着说：“天下的兴亡，都是天命，我宁可举剑力战而死，也决不衔璧投降！”

初五，刘裕动员全部兵力奋力攻城，有人劝说：“今日‘往亡’，不是吉日，不利于调动军队。”刘裕说：“我往他亡，有什么不利的！”于是在城的四面发动猛攻。悦寿打开城门，把东晋军队放了进来。慕容超与左右侍卫几十个骑兵越过城墙突围出去，被东晋军队追上抓获了。

刘裕用据不投降的罪行斥责他，慕容超神色平静，一言不发，只是把母亲托付给刘敬宣照顾而已。

刘裕痛恨广固城久攻不下，打算把所有的军民全部活埋，然后把他们的妻子女儿赏给自己的将士。韩范劝阻说：“晋室迁移到南方之后，中原地区混乱不堪，士人百姓无依无靠，对待强有力的政权，自然是依附过去了。既然做了人家的臣民，就一定要为人家尽力拼命。他们都是古老的士族，先帝遗留下来的子民，今天，王室的军队前来讨伐异族拯救他们，却要把他们全部活埋，那么您打算让百姓往哪里去呢？我私下里担心西北的百姓从此不会再有盼望我们去拯救他们的愿望了。”

刘裕马上肃然起敬，向他道歉，但是还是杀了王公以下的三千多人，没收的家庭人口也有一万多，又拆毁了广固城墙，把慕容超押回建康斩首。

司马光说：“晋自从南渡长江以来，威灵不竟，戎狄异族，横行无忌，如猛虎吞噬中原。从刘裕开始指挥王师平定华夏东部地区，但是，他却不在这个时候礼贤下士、安抚百姓，反而变本加厉地肆意而为，大开杀戒，以此发泄自己一时的愤怒。看他的所作所为，竟然连苻氏、姚氏都不如，这也正是他不能平定四海成就一番美好大业的真正原因。岂非虽有智勇而无仁义使之然哉！”