在刘裕跃马亲将之际，胡藩与向弥走别道绕至敌后攻城，并扬言晋方大军正从海道相继而来。临朐城守兵本就很少，被他们这一诈又内心惶惧。胡藩、向弥迅速带军攻城，亲冒矢石披甲先登，很快就攻克了此城。后又分兵出城击敌，并令军士在城上遥助声势。如此一来，晋军士气倍增，前后夹击，燕军大败，开始大规模的溃退。慕容超惊惧万分，单骑奔到段晖处寻求保护。段晖与公孙五楼带领十余大将，百余名精兵保护慕容超退走。刘钟、檀韶不顾身上的创伤，带骑兵紧追燕主。段晖对公孙五楼说道“晋贼逼得太紧，我与诸将留下断后，请将军速速带陛下撤离。”当下便分予五楼数十名骑兵带慕容超退走，段晖则带领将士掉转马头迎战晋追军。段晖挑杀数名晋军后接着檀韶，数合后被其一枪刺落马下。刘钟也力杀三将，剩余敌骑纷纷散去。
慕容超得以逃回广固城，而晋军也已追至。由于夜色已晚，刘裕下令围城不攻、休息士卒。次日天刚蒙蒙亮晋军就开始攻城了，不几天就攻克了外城，慕容超收众入保内城。由于内城坚固，刘裕屡次攻击都未得利，前番临朐会战晋军伤亡又十分惨重，刘裕决定围城缓攻。令军士环城筑垒，围墙高近十米，又开挖了三重沟堑。抚纳降附之人，亲近贤俊人才，燕人大悦，降者越来越多。
慕容超这回才后悔了自己的独断，他把桂林王慕容镇从牢里请出来，谦恭的说道“令爱弟受苦了。都是我的过错。目前这形势，我们尚可挽回吗？”慕容镇说道“孤城艰危。愿陛下下诏罪己，把城内所有金帛拿出来犒劳兵士，我们尚有数万散卒，背城决一死战，或能破敌。即便不幸而败，为国战死也胜于坐以待擒。”乐浪王慕容惠说道“不可，陛下亲督六师奔败而回，群臣离心，士民丧气。晋兵已胜，气势百倍，我们以败卒当之，必无胜理。依我看，不如向秦请救兵。秦与我共据中原东西两面，唇亡齿寒安有不救之理！”慕容镇反驳道“如今后秦内乱未平，自顾不暇，怎肯分兵救我？”
慕容超决定听从慕容惠之言，派出张纲向秦求师相救。张纲来到长安，见到秦主姚兴，行礼后表明来意，说道“我们大燕与贵国素来相好，如今我国不幸败于南贼，都城被围，还请大王出兵相助。”
当时北方新崛起之夏国国主赫连勃勃侵扰后秦不断。赫连勃勃本是匈奴族，父祖辈臣属前秦，趁苻坚国乱时据有朔方之地。后来被魏国所败，赫连勃勃投奔姚兴。姚兴见而奇之，深加礼敬，拜其为骁骑将军，常参军国大议，宠遇逾于勋旧。姚兴弟姚邕言于兴曰：“勃勃天性不仁，难以亲近。陛下不宜宠遇太甚。”姚兴曰：“勃勃有济世之才，吾方收其才用，与之共平天下，有何不可！”乃以勃勃为安远将军，使其辅助没奕于镇高平，以三城、朔方杂夷及卫辰部众三万配之，使为伐魏侦候。姚邕固谏以为不可“勃勃奉上傲慢，御众残忍，贪暴无亲，使其镇守北方，如放虎归山，终将为害。”兴不听。后来，姚兴又以勃勃为安北将军、五原公，配以三交五部鲜卑及杂虏二万余部落，镇朔方。时河西鲜卑杜崘献马八千匹于姚兴，渡河，至大城，勃勃擅自留之，召其众三万余人伪装去高平川打猎，趁机袭杀没奕于，吞并其众。赫连勃勃既据有数城，拥兵数万，便建国号为夏，兴兵南犯后秦。
姚兴此时叹道“目前我国正忙于对付胡贼赫连氏，怕难以抽出军队啊！”张纲道“那刘裕狼子野心，久有吞并中原之志。秦燕并处中原，只怕燕灭及秦啊，唇亡齿寒，还请大王三思!”姚兴考虑些时，最终答应了张纲，令姚强带步兵一万、骑兵三千前往。
张纲与姚强兵行到洛阳，忽然得到秦使者的传唤，要令姚强把兵带回长安对付大夏。姚强言道”朋友，对不住了，主上有令，在下不得不回。”原来秦主姚兴亲往征讨赫连氏，为夏所败，大将姚榆生被斩，姚文崇舍命力战，才阻止了赫连勃勃的追军。因此姚兴下令召回姚强的军队。张纲无助的说道“可叹我燕国要灭亡了！”
刘裕正思如何攻克内城，忽报有后秦使者来到。刘裕接见，使者说道“我主姚兴令我传话给刘大将军麾下‘慕容氏与我秦国多年友善，如今攻围甚急，我国己派铁骑十万屯驻洛阳。若晋能即刻还师，我将兵使招回。如若不能，十万铁骑将长驱而进，兵戎相见。”“哈哈哈，”刘裕大笑三声“回去告诉姚兴，我克燕后，休兵三年，当前往秦地收取我关陕河洛之地，今日如能相送更好，秦燕我一并拿下！”
使者听后惊骇仓皇而走。刘穆之听闻有使者到来，赶忙前来，此时使者已走。刘裕将对话内容告诉他后，穆之紧皱眉头说：“平日事无大小，将军都与我商议。你这样说话图个嘴上痛快，要真惹怒姚兴，他派重兵前来，岂不误了我们的大事？”刘裕不以为然，“呵呵，此为兵机，非卿所解。兵贵神速，彼若能救，一定怕我知道，又怎敢派使者来相告？因此秦方一定是夸大之辞。我方军士不出已久，羌族人怕我伐燕成功，又有夏国侵扰，自顾不暇。因此内惧不已，无力援救才是其实情!”
姚强走后，张纲与随从几人回燕复命，经过泰山时，被晋军抓获送到刘裕处。穆之此时大是惊叹刘裕之言。刘裕向张纲说道“既然秦救不至，燕灭就在眼前。请君向城内呼降，降者一律不杀，免得城破之时多伤人命!”张纲伪许。于是把张纲升到楼车上，推近城。城内人被围既久，渴盼救援，见是张纲，纷纷翘首。张纲大声喊道：“秦兵十万已在洛阳集结，不日即到。我们定要固守城池，保住家园，燕国万岁!”城上大呼回应“万岁…万岁”刘裕大怒，当下就要斩了张纲。刘穆之劝道“将军且先平息下怒气。近来降人都说张纲事母甚孝，今日看来，他不但孝顺且忠于其国。既忠且孝之人，我们杀之怕会使敌国来降之人寒心哪！”刘裕态度有些缓和，向张纲说道“听说你善于制造攻城器械，若能为我督办，当绕你性命。”张纲拒绝“要杀便杀。我未能搬来救兵已觉愧对国人，更何况吾有老母在城内，为了母亲也不能为你所用。”刘裕无奈，便暂时派人将其看押起来。