可是开战之后，慕容超的信心，就变成了绝望。鲜卑骑兵隆隆开进了，让慕容超瞠目结舌的事情发生了，先是刘裕的军队并没有像他想象的那样结成步兵方阵来抵抗，相反推出了一种新式武器战车。这种战车是用坚固的硬木做成，每个都很重，既能够阻遏骑兵冲锋，又能成为士兵的掩体。而且就在慕容超发动进攻前，刘裕的军队已经在军阵前面，设置了足够多的拒马桩，这就好比现代战争里，在敌人眼皮底下布置好了雷区。结果慕容超的军队被“雷”了，还没有见到刘裕军队的面，就被撞得人仰马翻，好不容易的突破了这些障碍物，又被依托战车防御的步兵们大量杀伤，这些步兵用战车做掩体，使用长武器拼命阻遏南燕骑兵的攻势。更让慕容超抓狂的是，他原本非常自信鲜卑骑兵盔甲的保护能力，但真到了战场上，这种武装到牙齿的盔甲反而成了累赘：刘裕的军队在远程武器上，不但用弓箭，更用弩。当时中国的造弩技术已经非常发达了，刘裕的北府军不但有士兵用的单兵弩，更有十几种大型弩，最大的甚至能够发射长矛，一个长矛打过来，完全可以把一个全副武装的鲜卑重骑兵捅个透心凉。原本严严实实的装备，这下子反而成为鲜卑重骑兵躲避射杀的累赘。在刘裕漫天的箭雨下，武装到牙齿的鲜卑重骑兵，一排排地倒了下去。
就这样，原本慕容超笃信的“一边倒”战斗，在刘裕的士兵们前仆后继的抗击，以及战车坚阵的硬顶下，打成了犬牙交错的相持战。仗越打越激烈，慕容超越打越急，其实他是不必急的，因为双方的胜利条件实在不一样：慕容超只要拖住刘裕，劳师袭远的刘裕就会被拖死，而刘裕如果不能尽快解决慕容超，孤军深入的他就可能灭临面顶之灾，这一点，刘裕是知道的，身经百战的慕容超也知道，可是一着急他忘了，只是一个劲地招呼骑兵们前仆后继地冲锋，在刘裕的军阵面前，堆起一排又一排的尸体。
焦急万分的慕容超，似乎忘记了另一件事。刘裕的骑兵虽然有限，可到底是有啊，怎么打了半天，一点影子都没看到呢?
很快他就想起来了，就在慕容超招呼骑兵前仆后继冲锋的时候，刘裕“有限”的骑兵，突然在慕容超身后出现了。骑兵“有限”，杀伤力也不会大，可关键要看怎么用，这些骑兵受命大迂回，绕道慕容超的背后发起攻击，正在拼命冲锋的慕容超部，背后突然挨了这么一刀，哪里能受得了，结果强大的慕容鲜卑骑兵，就这样崩溃了。随后刘裕全线反扑，慕容超部争相逃命，临朐重镇，最终落到了刘裕手中，慕容超只好收罗残兵，退守都城广固。
临朐的沦陷，是刘裕北伐战争的一个重要拐点，如果说之前刘裕还需要担心物资供应不济，劳师袭远等问题的话，拿下临朐，他就可以不怕了。作为南燕的重镇，临朐一直是慕容超储备粮食物资的地点，这一年收上来的麦子刚刚运进城，就因为临朐的沦陷，被刘裕打包全收了，粮食问题解决了，下面就要解决慕容超本人了。刘裕把广固城团团围住，同时采取了正确的民族政策，平等对待北方各民族，不搞歧视，结果不光北方思念东晋政权的汉人，当地的少数民族也纷纷归附。到了后来，连慕容超的大将段宏等人也投降了，众叛亲离的慕容超，最终于409年六月，在广固城沦陷之后被俘，押到建康斩首。强大一时的鲜卑慕容南燕政权，仅用了两个月时间，就被刘裕解决掉了。
南燕亡国，可以说给当时的东晋政权长出一口恶气，多年以来，南燕凭借着自己的骑兵优势，长期侵扰东晋边境，经常掳掠人口，东晋军队追追不上，打又打不过，可以说吃够了苦头，而这一次，刘裕终于报了仇。如刘裕所愿，在此之后刘裕声望大增，俨然成了民族英雄，刘裕本人也得到东晋政府的褒奖，加封为宋国公，后来刘宋的国号，就是这么来的。
讨伐南燕的胜利，也给刘裕个人打了一剂强心针。在这之前，北方政权虽然多战乱，但是军事上的绝对优势，让他们对东晋政权一直采取攻势，相反东晋政权一直都是被动防御。由于缺少精良骑兵，东晋一般不敢跨过长江北伐，但这次的胜利，特别是作为北方骑兵最精锐的南燕骑兵的覆灭，让刘裕建立了这样的信心。此时的北方，正是五胡十六国以来最弱的时期，不要说打赢一场北伐战争，就是平定整个北方，也是能够在自己手里完成的。因为这样的意识，在经过数年精心准备后，公元416年八月，刘裕又发动了旨在灭亡北方最强大政权——后秦的战争。这场战争，其实也是在挑战东晋王朝的北伐底线。之前历次北伐，最远也不过打到山东地区，这次却要占领自西晋末年以来，沦陷已经有100多年的关中平原地区，政治意义自然是非凡的。而且这次刘裕的运气也好得很，后秦政权这时期因为姚泓登基后兄弟争位，发生了骨肉相残的内耗，正好是力量最虚弱的时候，结果刘裕兵不血刃，就顺利突破了后秦的防线，进入了东晋政权沦陷100多年的关中平原。但这时候，半路上却杀出了程咬金——拓跋鲜卑建立的北魏政权。当时的北魏政权，虽然国土不能说最大，可正处于国力蒸蒸日上时期，也存有一统北方的志向，自然不能坐视刘裕在北方扩张，北魏在接到后秦求救后，立刻作出决定，调动3万精锐骑兵南下对付刘裕。在慕容南燕灭亡后，拓跋鲜卑的北魏骑兵，已经成为北方最强大的骑兵。比起慕容南燕骑兵以重骑兵为主，拓跋鲜卑的骑兵，主要都是机动性非常强的轻骑兵，不但速度飞快，而且拓跋鲜卑的军队，在弓弩骑射上的能力非常强悍，对于机动力差的刘裕步兵部队来说，这样的军队无疑是非常难对付的。刘裕还是有办法，他在渭水岸边摆开了阵势，引诱北魏军队来攻。这个阵势叫却月阵，就是用牛车装大弩，摆成弯月型，向着北魏骑兵齐射，阵型的妙处，就在于用半月的形状，形成交叉火力，让整个北魏骑兵都处在射程覆盖下。结果北魏大败，3万骑兵损失了8000多人，只能仓皇撤退。拓跋鲜卑与刘裕，这一对南北朝对峙时期的第一对冤家，他们的首次交锋，以拓跋鲜卑的完败告终。这之后，刘裕顺利平灭了后秦政权，后秦末代皇帝姚泓被生擒，东晋的国土，一下子扩展到了关中平原。
就在两次北伐的间隙，刘裕还大举用兵，平定了东晋政权内部的敌人们，其中包括自己的同族兄弟刘毅，以及最后一支掌握兵权的东晋皇室司马休之。这时期虽然东晋政权仍然存在，但真正皇帝，已经姓刘了。平定关中平原的胜利，更让刘裕的威望无以复加，尤其在中原地区，出现了老百姓自发组织慰问队，迎接刘裕大军的情景。得到关中平原以后，刘裕最想做的，不是乘胜追击，平定整个北方，而是皇位。按照一些史料的说法，在平灭关中的时候，他立刻停止了进军，火速返回南方，期间他的大将沈林子曾经劝阻，但刘裕却说：“我不想做曹操。”言下之意，就是自己不愿意像曹操那样，等着死了以后再被儿子追认成皇帝，而是一定要活着的时候就成功做皇帝。这时候的刘裕，已经年近60，他确实等不及了。
但是等不及的刘裕，却犯了大错误。在回南方前，他把防备北方的大权，交给了两员大将王镇恶和沈林子。这两个人不和，之前一直是有名的，刘裕为了防止他们内耗，安排了自己的儿子监管，但是内耗还是发生了。先是王镇恶被沈林子杀害，接着北方夏国趁机进攻，打败了刘裕留守在北方的军队，东晋军队溃不成军，仓皇退出了关中平原。好不容易收复的关中地区，仅仅几个月就得而复失了，说是内耗加指挥失误，不如说是刘裕的私心惹的祸。
但是在刘裕看来，他这个决定还是值得的，挟大胜的余威，刘裕返回建康后，不久就废除了东晋皇室，并把东晋末代皇帝杀害。公元420年，刘裕正式登基，成为了“南北朝”时代“南朝”的第一个皇帝——宋武帝。
