“韩裕近来愈发骄横，隐有谋逆之心。此次，他邀你一同北伐，私心难测。”沈约微笑道：

“他当然不放心独自北伐，而将我留在京城驻守。北伐一直是我的心愿，我也没有理由拒绝。”经过协商，谢志、于信担任留守副相，共决内务。临行前，沈约对妻子杨雪道：

“此次北伐，时日久长，平日可通过书信和飞鸽传书以慰相思，但如遇紧急情况，可携孩子和家人直接去临近的密云大营，那里防守坚固，极为可靠，可保一时平安。”杨雪记下，红着眼睛，一再嘱咐沈约保重身体，征战当心。

沈约率军直指燕国。他于四月自建康率水师入泗水，五月，进抵下邳，留下船舰、辎重，改由陆路进至琅邪。沈约为防燕军出铁骑断其后，所过要地皆筑城垒，留兵防守，故而进军缓慢。燕军恃勇轻敌，对赵军进入其境不以为虑。燕国征虏将军公孙五楼道：

“我军可凭据大岘山之险，使赵军不能深入。防守时，坚壁清野，断赵粮道”。但此等良策，未被采纳。六月，沈约未遇太多抵抗，就过莒县，越大岘山。燕王慕容超先遣公孙五楼、贺赖卢及左将军段晖等，率步、骑兵八万进据临朐防守。慕容超得知赵兵已过大岘山，自率步骑十万继后。

燕军至临朐，慕容超派公孙五楼率铁骑前出，控制临朐城南的巨蔑水，与赵军前锋孟龙符遭遇，战事激烈。双方铁骑尽出，正面对冲，杀声震天，血肉横飞。孟龙符身先士卒，军威颇盛，公孙五楼最终战败退走。

沈约以战车四千辆分左右翼，兵、车相间，骑兵在后，向前推进。赵军进抵临朐南，慕容超派精骑前后夹击。两军力战，胜负未决。沈约遣参军胡藩及檀韶、建威将军向弥率军绕至燕军之后，包抄攻击燕军。燕军慌乱，赵军乘虚攻克临朐。慕容超单骑逃往城南左将军段晖营中。沈约纵兵追击，再次大败燕军，段晖等十余将被斩，慕容超趁乱逃还广固。沈约乘胜追击北上，攻克广固外城。慕容超退守内城。沈约筑围困之，招降纳叛，争取民心，并就地取粮养战。慕容超被困于广固内城，先后遣尚书郎张钢、尚书令韩范，驰往秦国求援。

秦国皇帝孟坚死后，姚兴率领残部，重建秦国，所辖范围虽然大大减少，但还是北方实力强大之国。秦燕结成同盟，共抗外敌。姚兴接到慕容超求救信后，立即起兵驰援。秦主姚兴派卫将军姚强率步、骑兵十万，与凉阳守将姚绍汇合，统兵共二十万救燕，并遣使向沈约宣称，秦以二十万兵凉阳，若赵军不还，当长驱而进。

沈约认为姚兴虚张声势，不为所动。不久，夏主刘勃勃欲攻占秦国地盘，率军击败姚兴于贰城。姚兴遂令姚强撤兵回援。慕容超久困于广固，不见秦国援兵，欲割地、称藩于赵，沈约不允。燕国大臣张华、封恺、封融及尚书张俊相继降赵。九月，沈约截获为借兵去秦国的韩范，使其绕城而行，以示秦国救兵无望，城内燕国守军惊恐，士气低落，偷逃投降者甚众。十月，赵军制成飞楼、冲车等各种攻城器具，加强攻防能力。