（369年）七月，枋頭。
桓溫率軍先至稍作休整，慕容垂隨後率軍抵達，燕、晉兩軍在枋頭沿河對峙。
吳王慕容垂正帶著親從巡查各處營壘，身材高大的他在人群中極為顯眼，自十三歲跟著四哥慕容恪攻打宇文部至今，勇冠三軍且從無敗績，他的出現使低落的士氣得到極大安撫。
燕軍此前連連戰敗，連皇帝慕容暐和太傅慕容評都心生動搖，想要放棄鄴都逃往舊都龍城，主動請戰的慕容垂可以說是臨危受命，卻依舊不被信任。
從少年時起，慕容垂因屢立戰功受到父親慕容皝看重，被兄長慕容儁視為對自身地位的威脅。慕容垂原名慕容霸，年少時喜歡打獵出遊，曾在一次打獵時墜馬磕掉了牙齒。慕容儁即位燕王之後，拿這件事奚落作為報複，以效仿先賢郤垂夬（缺）的理由讓他改名，不久又因缺字觸犯讖緯，省去夬部以垂為名。
前燕光壽二年（358年），慕容垂的王妃段氏（先段妃）因傲慢惹怒可足渾皇後，被其指使宦官中常侍涅浩以巫蠱事誣陷段氏及吳國典書令高弼，慕容儁也想借此機會處置慕容垂，於是對段氏施以嚴刑。段氏為了不連累慕容垂，始終沒有屈招攀扯，被活活打死在獄中，慕容垂這才得以幸免。
之後出任平州刺史鎮守遼東，慕容垂續娶小姨子（後段妃）為吳王妃，可足渾皇後又逼迫慕容垂將之廢黜，將妹妹長安君嫁給慕容垂，慕容垂雖不敢拒絕，卻表現的十分不快，可足渾皇後也對他愈發厭惡。
而桓溫此次北伐的向導段思，就是慕容垂的舅子，在先段妃死後出奔到東晉。
兩軍主帥都有著豐富的軍事經驗，用兵老練且謹慎，不約而同的以前哨發起小規模接觸。
桓溫所部一路北上都是坐船沿水路行軍，六月進軍到金鄉時，因天旱水淺運輸不易，派毛穆之從巨野澤鑿河道百餘裏，連通汶水、清水，引入黃河作為糧道。由於這條人工河道水量不豐，後勤運輸仍舊吃力，桓溫謀主郗超提出建議。一是趁勝速戰速決，全軍棄船上岸攜帶幹糧輕裝疾進，繞過重兵防守的據點直撲鄴城，使燕軍來不及堅壁清野，就食於敵。二是原地築壘囤積兵馬糧草，待到明年再發動進攻，這樣準備更充足也能避過秋冬枯水期。兩條建議都不合桓溫心意，北伐隻是他用來提升威望的手段，太過冒險不是他的風格，過於求穩長期不在荊、揚坐鎮，他又對朝中可能出現的掣肘心存顧慮。
於是桓溫沿水路進至枋頭後，雖然距離鄴城已經不是很遠，卻沒有水道可以繼續利用，而戰事還將持續數月，進入秋冬來時的水路便沒法再走，出於穩妥他命令走譙郡、梁國一線的豫州刺史袁真攻打石門，鑿通睢水與黃河作為另一條後路。
之前桓溫進駐武陽時，陽平人前燕兗州刺史孫元起兵響應，到達枋頭後為了製造聲勢吸引更多追隨者，他派出了熟知北方人物、地理的將領進行迂迴。擔任晉軍向導的段思受命率部哨探，卻被慕容垂掌兵後提拔的悉羅騰生擒，後趙降將李述隨後接手了段思的工作，領兵繞路襲擊燕軍側後，又遭遇悉羅騰和染幹津攔截被當場斬殺，晉軍在前哨交鋒中接連遇挫，燕軍則利用這期間對戰場的短暫遮斷進行了分兵。
桓溫此時仍未察覺到不對勁，而從段思那裏得到晉軍偏師情報後，慕容垂集中所率的大部分騎兵約一萬五千，交由弟弟慕容德率領前往石門阻擊袁真，他本人則留在枋頭待分兵之舉被桓溫發覺後牽製其主力。
慕容德額頭飽滿有日角隆準之相，個子比慕容垂還要高半頭，前秦五公之亂時他曾上疏提議出兵，是個有遠見卓識的人。袁真早年曾隨庾翼北伐，在汝南、壽陽一線鎮守多年，也是屢曆戰陣的宿將。慕容德與劉當率一萬兵駐紮在石門，利用騎兵機動優勢對袁真施壓，迫其分出大量兵力戒備無法全力通運，又遣李邽領五千兵去襲擾晉軍糧道。八月苟池、鄧羌率前秦援軍二萬抵達潁川，袁真徹底陷入困境，而桓溫受慕容垂牽製也無法支援。
袁真頂著壓力硬撐到九月，士卒疲憊不堪，軍糧耗盡卻仍未能開通漕運。慕容德派慕容宙率一千騎為前鋒發起反擊，慕容宙以二百騎引誘晉軍追擊，自率剩餘騎兵分三處埋伏，殺傷大量晉軍。
而在枋頭，隨著入秋降雨減少，水位下降，桓溫已無法原路返迴。石門無法開通，軍糧將盡，發現前秦援軍，種種不利之下桓溫隻得焚燒船隻，從陸路退兵。桓溫以毛穆之留守東燕，經倉垣撤退，因慕容德用人畜屍體汙染水源，晉軍沿途隻能掘井獲取飲水，可以說是疲於奔命、人心惶惶。
前燕諸軍發起追擊，慕容垂認為晉軍雖敗，但主動撤退仍保持秩序，又有猛將鄧遐率精銳斷後，不如放緩速度，讓晉軍誤以為燕軍主力未到，加快撤退速度組織散亂後再大舉追擊。
慕容垂領八千騎兵緩緩跟隨，慕容德率四千騎兵提前趕至襄邑阻截，晉軍加快行軍速度後，慕容垂也提速追趕，桓溫在襄邑被追上遭夾擊後大敗，損失近三萬。退至譙郡，桓溫又遭遇苟池所率的前秦援軍伏擊，被殺傷近萬人。
十月，桓溫撤退到山陽收攏潰兵，恥於大敗的他將責任推諉給了未能開通石門的袁真。袁真當然不願意背這黑鍋，慕容德那一萬五千騎兵可是桓溫漏過來的，於是向朝廷上表申訴。可朝廷畏於脅迫，不但不敢追究桓溫，還命侍中羅含帶著牛酒前往山陽犒賞，又任命其子桓熙為豫州刺史。心有不甘的袁真據壽春降燕，直到太和六年（371年）才被平定，而為桓溫殿後的鄧遐與袁真是同鄉加表親，也受到桓溫猜忌被尋了個理由免職，沒幾年就鬱鬱而終。
同時，燕國以燕、秦締結友好為名，相繼派散騎侍郎郝晷、大鴻臚梁琛出使，探聽秦國是否有對燕動兵意向。郝晷曾為徐統故吏，幾次奉命登門辟請王猛，因此算是舊識，出使途中看到秦國大治，而燕國卻內政混亂，因此暗中表露了依附王猛的心思，並泄露了很多燕國內情。梁琛的從兄梁奕則是在秦國任尚書郎，於是苻堅派梁奕在家中接待梁琛，梁琛以諸葛瑾出使蜀漢不與諸葛亮私下會麵一事為由，拒絕前往梁奕家中相見，但在公館之中卻通過刻意對燕國的美化，隱隱暗示了大量情報。
十一月，晉軍剛一退兵，慕容暐就反悔了，拒絕割讓之前向秦國求援時許諾的虎牢關以西之地，前秦以此作為出兵名義，開啟了攻滅前燕的序幕。
桓溫率軍先至稍作休整，慕容垂隨後率軍抵達，燕、晉兩軍在枋頭沿河對峙。
吳王慕容垂正帶著親從巡查各處營壘，身材高大的他在人群中極為顯眼，自十三歲跟著四哥慕容恪攻打宇文部至今，勇冠三軍且從無敗績，他的出現使低落的士氣得到極大安撫。
燕軍此前連連戰敗，連皇帝慕容暐和太傅慕容評都心生動搖，想要放棄鄴都逃往舊都龍城，主動請戰的慕容垂可以說是臨危受命，卻依舊不被信任。
從少年時起，慕容垂因屢立戰功受到父親慕容皝看重，被兄長慕容儁視為對自身地位的威脅。慕容垂原名慕容霸，年少時喜歡打獵出遊，曾在一次打獵時墜馬磕掉了牙齒。慕容儁即位燕王之後，拿這件事奚落作為報複，以效仿先賢郤垂夬（缺）的理由讓他改名，不久又因缺字觸犯讖緯，省去夬部以垂為名。
前燕光壽二年（358年），慕容垂的王妃段氏（先段妃）因傲慢惹怒可足渾皇後，被其指使宦官中常侍涅浩以巫蠱事誣陷段氏及吳國典書令高弼，慕容儁也想借此機會處置慕容垂，於是對段氏施以嚴刑。段氏為了不連累慕容垂，始終沒有屈招攀扯，被活活打死在獄中，慕容垂這才得以幸免。
之後出任平州刺史鎮守遼東，慕容垂續娶小姨子（後段妃）為吳王妃，可足渾皇後又逼迫慕容垂將之廢黜，將妹妹長安君嫁給慕容垂，慕容垂雖不敢拒絕，卻表現的十分不快，可足渾皇後也對他愈發厭惡。
而桓溫此次北伐的向導段思，就是慕容垂的舅子，在先段妃死後出奔到東晉。
兩軍主帥都有著豐富的軍事經驗，用兵老練且謹慎，不約而同的以前哨發起小規模接觸。
桓溫所部一路北上都是坐船沿水路行軍，六月進軍到金鄉時，因天旱水淺運輸不易，派毛穆之從巨野澤鑿河道百餘裏，連通汶水、清水，引入黃河作為糧道。由於這條人工河道水量不豐，後勤運輸仍舊吃力，桓溫謀主郗超提出建議。一是趁勝速戰速決，全軍棄船上岸攜帶幹糧輕裝疾進，繞過重兵防守的據點直撲鄴城，使燕軍來不及堅壁清野，就食於敵。二是原地築壘囤積兵馬糧草，待到明年再發動進攻，這樣準備更充足也能避過秋冬枯水期。兩條建議都不合桓溫心意，北伐隻是他用來提升威望的手段，太過冒險不是他的風格，過於求穩長期不在荊、揚坐鎮，他又對朝中可能出現的掣肘心存顧慮。
於是桓溫沿水路進至枋頭後，雖然距離鄴城已經不是很遠，卻沒有水道可以繼續利用，而戰事還將持續數月，進入秋冬來時的水路便沒法再走，出於穩妥他命令走譙郡、梁國一線的豫州刺史袁真攻打石門，鑿通睢水與黃河作為另一條後路。
之前桓溫進駐武陽時，陽平人前燕兗州刺史孫元起兵響應，到達枋頭後為了製造聲勢吸引更多追隨者，他派出了熟知北方人物、地理的將領進行迂迴。擔任晉軍向導的段思受命率部哨探，卻被慕容垂掌兵後提拔的悉羅騰生擒，後趙降將李述隨後接手了段思的工作，領兵繞路襲擊燕軍側後，又遭遇悉羅騰和染幹津攔截被當場斬殺，晉軍在前哨交鋒中接連遇挫，燕軍則利用這期間對戰場的短暫遮斷進行了分兵。
桓溫此時仍未察覺到不對勁，而從段思那裏得到晉軍偏師情報後，慕容垂集中所率的大部分騎兵約一萬五千，交由弟弟慕容德率領前往石門阻擊袁真，他本人則留在枋頭待分兵之舉被桓溫發覺後牽製其主力。
慕容德額頭飽滿有日角隆準之相，個子比慕容垂還要高半頭，前秦五公之亂時他曾上疏提議出兵，是個有遠見卓識的人。袁真早年曾隨庾翼北伐，在汝南、壽陽一線鎮守多年，也是屢曆戰陣的宿將。慕容德與劉當率一萬兵駐紮在石門，利用騎兵機動優勢對袁真施壓，迫其分出大量兵力戒備無法全力通運，又遣李邽領五千兵去襲擾晉軍糧道。八月苟池、鄧羌率前秦援軍二萬抵達潁川，袁真徹底陷入困境，而桓溫受慕容垂牽製也無法支援。
袁真頂著壓力硬撐到九月，士卒疲憊不堪，軍糧耗盡卻仍未能開通漕運。慕容德派慕容宙率一千騎為前鋒發起反擊，慕容宙以二百騎引誘晉軍追擊，自率剩餘騎兵分三處埋伏，殺傷大量晉軍。
而在枋頭，隨著入秋降雨減少，水位下降，桓溫已無法原路返迴。石門無法開通，軍糧將盡，發現前秦援軍，種種不利之下桓溫隻得焚燒船隻，從陸路退兵。桓溫以毛穆之留守東燕，經倉垣撤退，因慕容德用人畜屍體汙染水源，晉軍沿途隻能掘井獲取飲水，可以說是疲於奔命、人心惶惶。
前燕諸軍發起追擊，慕容垂認為晉軍雖敗，但主動撤退仍保持秩序，又有猛將鄧遐率精銳斷後，不如放緩速度，讓晉軍誤以為燕軍主力未到，加快撤退速度組織散亂後再大舉追擊。
慕容垂領八千騎兵緩緩跟隨，慕容德率四千騎兵提前趕至襄邑阻截，晉軍加快行軍速度後，慕容垂也提速追趕，桓溫在襄邑被追上遭夾擊後大敗，損失近三萬。退至譙郡，桓溫又遭遇苟池所率的前秦援軍伏擊，被殺傷近萬人。
十月，桓溫撤退到山陽收攏潰兵，恥於大敗的他將責任推諉給了未能開通石門的袁真。袁真當然不願意背這黑鍋，慕容德那一萬五千騎兵可是桓溫漏過來的，於是向朝廷上表申訴。可朝廷畏於脅迫，不但不敢追究桓溫，還命侍中羅含帶著牛酒前往山陽犒賞，又任命其子桓熙為豫州刺史。心有不甘的袁真據壽春降燕，直到太和六年（371年）才被平定，而為桓溫殿後的鄧遐與袁真是同鄉加表親，也受到桓溫猜忌被尋了個理由免職，沒幾年就鬱鬱而終。
同時，燕國以燕、秦締結友好為名，相繼派散騎侍郎郝晷、大鴻臚梁琛出使，探聽秦國是否有對燕動兵意向。郝晷曾為徐統故吏，幾次奉命登門辟請王猛，因此算是舊識，出使途中看到秦國大治，而燕國卻內政混亂，因此暗中表露了依附王猛的心思，並泄露了很多燕國內情。梁琛的從兄梁奕則是在秦國任尚書郎，於是苻堅派梁奕在家中接待梁琛，梁琛以諸葛瑾出使蜀漢不與諸葛亮私下會麵一事為由，拒絕前往梁奕家中相見，但在公館之中卻通過刻意對燕國的美化，隱隱暗示了大量情報。
十一月，晉軍剛一退兵，慕容暐就反悔了，拒絕割讓之前向秦國求援時許諾的虎牢關以西之地，前秦以此作為出兵名義，開啟了攻滅前燕的序幕。