咸康四年正月，慕容皝派都尉赵盘前往邺城，打听后赵军队出征的日期。石虎招募了三万骁勇善战的羯族士兵，全部封为龙腾中郎，准备北上攻击段辽。但出人意料的是，段辽竟然主动出击，派堂弟扬威将军段屈云率部进攻后赵的幽州地区，幽州刺史李孟退守易京。
消息传到邺城，石虎随即决定扩大战争的规模，任命元老支雄为龙骧大将军，姚弋仲为冠军将军，率领步、骑七万将士为前锋；任命桃豹为横海将军，王华为渡辽将军，率领十万将士走水路，由漂渝津出发，预定于四月间与燕军在段部鲜卑都城令支会师，共同讨伐段辽。
三月，赵盘回到燕都棘城，如实汇报了后赵的情况。
燕王宫里，左常侍黄泓忧虑地说：“石虎大动干戈，看来是想要一举吞并掉段部鲜卑呀。”
一旦没了段部鲜卑，燕国就将直接面对后赵。慕容皝醒悟过来，懊悔地道：“寡人这是在引狼入室啊。”
相国封弈面对地图，镇定地说：“大王，与其后悔过去，还不如抓住现在。”
慕容皝一脸急切地道：“相国有什么对策呢？”
“从现在开始，我们就要加强防守，做好充分的准备。”封弈在地图上指划着棘城西南方向，冷静地说：“而段部鲜卑这块肥肉，说什么也不能让它全部掉进后赵的碗里。”
燕国迅速行动起来，慕容皝亲率燕军征讨段辽，趁机扫荡了令支以北的许多城镇。
段辽想要迎击，从慕容鲜卑投奔到段部鲜卑避难的慕容翰劝谏道：“大王，如今恐怕不能两面树敌。石虎来势汹汹，有吞并我们的野心。而慕容皝虽然亲自挂帅，士卒精锐，但只不过是想占点便宜而已。我军分兵北上迎击燕军，万一失利，还怎么能抵御得住南边的强敌呢？”
段辽的胞弟段兰愤怒地说：“石虎这条恶狼就是你弟弟慕容皝邀请来的，要打破他们的夹击，就只能各个击破了。”
于是，段兰率领手下现有的全部人马攻打燕军，慕容皝设下埋伏，大败段兰部众，斩首数千级。但慕容皝得胜后，并没有如约与石虎会合，而是在掳掠了段部鲜卑五千户民众、数以万计的畜产之后，直接率军返回了棘城。
后赵军虽然先行出动，前锋部队长驱直入，但收复失地不像掠夺那么容易，等将段屈云部赶了回去，支雄率军开入蓟城的时候也已经是三月份了。随后，石虎在郭黑略、石敏、郭太、麻秋、石璞、赵揽、张豺等文臣武将的陪同之下顺利进驻金台，段辽所任命的渔阳、上谷、代郡等地官员全部归降，后赵轻而易举地获得了四十多个城镇。
处理完一应事宜之后，石虎挥军继续向令支推进，一路势如破竹，顺利开进到徐无。
段辽因段兰、段屈云相继战败，不敢再战，带领着妻子、宗族和当地豪强一千多家，放弃令支，逃奔密云山。
见段部鲜卑败局已定，段辽的左右长史刘群、卢谌、崔悦等人封存府库向石虎请降。
石虎派将军郭太、麻秋率领两万黑槊龙骧轻骑兵追击段辽。二将在密云山抓获了段辽的母亲、妻子，斩首三千余级。段辽单骑逃往险要的地方，派儿子段乞特真向石虎献上名马，奉表乞降。石虎欣然接受。
石虎进入令支宫室后，对将士们论功封赏各有差等；把段部鲜卑的两万多户民众迁徙到司州、雍州、兖州、豫州；士大夫中有才能、德行的，都予以提拔；段辽燕郡太守阳裕到军门前请求归降，石虎拜授阳裕为北平太守。
慕容皝虽然打败了段兰部，但因为没有如约与后赵军会师攻打段辽，却独自掳掠走了令支以北的民众和畜产，引起了石虎的强烈不满。
后赵军进展过于顺利，以致石虎“胃口”陡增，让慕容鲜卑头疼不已的段部鲜卑已被自己轻轻松松地给灭掉了，慕容皝又能够强到哪里去呢？
随即，石虎派遣使者四处出动，招纳、诱降燕王慕容皝所委任的各地官员。燕国的成周内史崔焘、居就县令游弘、武原县令常霸、东夷校尉封抽、护军宋晃等都闻风响应；冀阳侨居的士人们一起杀死太守宋烛，以城归附后赵。石虎兵不血刃，就获得了三十六城。
后赵太史令赵揽见石虎打算讨伐慕容皝，当众劝谏说：“臣夜观天象，岁星正当燕国的分野，出师必然无功。”
石虎手拿着马鞭，阴沉着脸道：“‘子不语怪力乱神’，你不知道吗？”
赵揽仍不识趣，一脸认真地说：“陛下，《春秋》强调灾异，夫子无疑是重视天人感应的。”
“你学艺不精，就不要在这里胡乱卖弄了。”石虎已是箭在弦上，见赵揽不分场合扰乱军心，顿时火上心头，甩手就“赏”了他一顿鞭子。
五月，石虎率领着十余万大军从令支向燕都棘城进发，九日，后赵军兵临城下。
慕容皝遥见后赵军浩浩荡荡，不禁心生怯意，打算在敌军合围之前，逃往辽东。
帐下将慕舆根劝谏道：“如今敌强我弱，大王一旦出城，敌军必定气势高涨。如果让石虎拥有并安定了大棘，兵强马壮，就没有办法再与他抗衡了。微臣私下猜测，石虎恐怕巴不得您这么做，大王为什么要中他们的计呢？现在大棘城坚粮足，我们将领必须拿出坚守的决心，士卒才能信心百倍地战斗，赵军即便猛烈进攻，短时间之内也奈何不了我们。大王不妨先静观一下形势的变化，然后伺机出动求取利益。如果实在坚守不下去了，再撤退也还不晚，为什么要望风而逃，让自己陷入危亡的境地呢？”
慕容皝刚刚才放弃逃跑的打算，后赵军就四面包围了棘城。望着城外漫天的旌旗、营帐，慕容皝无法控制心中的恐惧，躲在王宫里惶惶不可终日。
玄菟太守刘佩见状，慷慨地说：“现在强寇在外，人心恐惧难安，事情的安危，就系在您的身上。大王无可推委，应当自我勉励，以鼓舞将士，不应当显示出怯弱的样子。眼下事情很危急了，我请求率军出击，即使不能大胜，也足以安定人心。”