歷夏經冬，城圍半年，出降者絡繹不絕，城內男女病者死者相繼不斷，糧儲亦幾乎用盡。慕容超與愛姬魏氏登城觀望，見晉兵槍戟林立，旗鎧鮮明，握手相對而泣。魏氏曾向張綱索要其寶物玉璧，張綱不予。這時魏氏嚮慕容超間道：“那張綱見城難守，估計都未去求救兵，直接投降了劉裕。臨城呼喊之詞，怕是爲了城內老母而事先與劉裕商議好的。要不，爲何救兵遲遲不來？”慕容超本就昏庸，此時聽了愛姬之言更是大惱，當下就令人將張綱母親拋下城牆。
張綱哭慟幾絕，暈過去好幾次。醒過後大怒，心說道“慕容超，我有何負於國，你對我如此兇狠，連七旬老母都下得了毒手。你既無情，別怪我無義了。”張綱連夜爲晉軍制作攻城器械，打造的攻城車極爲高大堅強，高與城齊，用車輪推動，上載甲士，外蒙有牛皮、犀盾。又造有投石機，放上巨石，轉動扛杆，能投好幾丈遠。
廣固城內軍民從晉軍處聽來沒有救兵的消息後，日久自然信以爲真，內心絕望、守志不固。城內軍民傷的傷、死的死、病的病，所剩已不足十分之二。尚書令悅壽勸說慕容超出城投降，慕容超大怒，親手拔劍將其殺掉，向身旁人說道“廢興，命也。我寧奮劍而死，不能銜璧而生。敢言降者斬。”城內形勢危急日勝一日，公孫五樓想出一計，與賀賴盧從城下潛挖地道通往晉軍陣地，夜晚選出敢死士百餘人使賀賴盧帶領從地道突擊晉軍。晉軍不虞兵從地出，一時都傻眼了，驚慌奔竄。劉裕醒來後，鎮定自若，令軍士皆持炬操刃。一時火把通明，洞燭來寇。衆晉軍見燕軍人少，不再驚懼，奮力攻擊。賀賴盧見難以得逞，匆忙順地道撤回，並堵塞了地道，百餘勇士所剩只有十餘人了。
燕軍地道攻戰沒有成功，卻給了晉方啓示。張綱想出一計，爲了避免燕軍注意，讓晉兵於夜晚順着五樓所挖原地道繼續挖，直至城基中央近處，然後每隔幾步，就撐上一巨木柱，直挖到城基。最後用粗纜繩拴住木柱，繩子的另一頭延伸至地上，約定到時候使數十名晉軍聽令拉繩。
已是410年正月，夜晚天降大雪，此時張綱所制一切攻城攻城器械都已打造完畢。天亮後，劉裕下令衆軍士四面並集、大舉攻城。占卜者說道“今日往亡，不利出師。”劉裕一向都不重視星術之說，言道“古時兵家都忌諱甲子日出兵，商紂此日出兵是敗了，那周武王不是勝了嗎？天道難測，吾等需盡人事。若說往亡，我往彼亡，又何爲不利？”
經投石機一番投擲後，城牆崩頹數寸。晉軍將攻城車推進城牆，車上兵士與守牆燕兵白刃交接，下方晉軍順着攻城梯蟻附而上。沈林子、沈田子不避矢石，奮勇各自先登上城牆一角。看着時候差不多了，張綱令兵士猛拉纜繩，巨木柱折斷，廣固內城瞬間塌陷數尺。攻城錘又撞開了城門，晉軍個個高呼，涌入城內。
慕容鎮見城陷，揮劍斬殺妻妾子女，於室內自焚。公孫五樓則爲衆兵所圍，聚槍攢刺而死。慕容超被活捉押送給劉裕。劉裕冷冷的問道“爲何不早降，使衆多軍民塗炭？”慕容超神色鎮定，持久不言，心知必死，只求劉裕能夠饒自己母親性命，劉裕答應了。劉裕軍令嚴肅，禁擄掠、善待降附，軍民感悅。克城後只斬殺慕容超宗族近親及佞臣數十人。
劉裕置酒高會，犒勞諸將士，人人歡喜。唯有張綱面有不悅之色。劉裕便向張綱敬酒，嘉獎他破城之功，並許諾他將慕容超送往建康後立即斬首。正在大家開懷痛飲之際，忽然建康方面到來一名信使，說盧循聚集了賊衆數萬爲寇，已攻克長沙豫章等地，朝廷徵劉裕急還。劉裕吃這一驚非同小可，嘆道“賊寇成勢如此之快，我始料不及！”當下劉裕便帶隨從數十人急忙南返，令部將整合軍士隨後而行。
當劉裕討桓玄時，盧循趁亂與徐道覆攻克了南海廣州。桓氏之亂被平定後，盧循遣使貢獻。時朝廷新定，未暇征討，便索性賜盧循做了廣州刺史。盧循也樂意爲官一方，他派人送給劉裕益智糉，本屬無心，劉裕卻認爲他別有意，心想這是要早晚與我爲敵的節奏。劉裕從開始擊孫恩時百戰無一敗，頗不以小賊爲意，對盧循心存蔑視，就回贈盧循以續命湯。意思很明顯，緩你幾年性命，早晚必然滅掉你。盧循雖無叛心，可徐道覆卻不是個安穩的善茬，見盧循又胸無大志，做官安逸，便說道“你道朝廷真是要封你爲官嗎？大亂剛平，無力征討，只是想暫時緩住我們而已。劉裕之心，再明顯不過。他送續命湯難道你還不明白嗎？恐怕遲早會兵鋒南向。”盧循聽後動了心，兩人暗中招兵，打造器械，圖謀作亂。
得知劉裕大舉出軍北伐南燕後，徐道覆喜極如狂，向盧循說道“我們的機會來了。賊裕大舉北伐，精兵強將全部出征，朝廷防守必然空虛，我等直攻建康，佔據晉都。賊裕不能南還最好，即便能夠南還，將卒疲敝，也定然被我所擒。此乃天賜良機，萬不可失啊！”盧循尚懷猶豫，道覆就一面勸說他一面做準備。徐道覆先使人去南康山伐船材，到始興城賤賣，人們都爭相前買。之後越來越多的人伐木來賣，旬月間船材堆積如山，半月就打造大小船艦數百艘。
徐道覆所制船艦極爲精良，樓船甲板寬闊可容數百人，高者可達十多米，有三層的、四層的。每層都設有半人高的女牆，在女牆上開有箭孔、矛穴。船上還裝有幾根大型拍竿，用以拍擊敵船。拍竿長數丈，杆頭有轆轤並縛有巨石。用時使人轉動轆轤，提升巨石，砸向敵船。拍竿靈活無比，可自由轉動，多方位、多角度去打擊敵人。器械完備之樓船高大堅固宛如水上巨城。