晋大司马桓温于正月二十一日誓师出征，舟师五万下广陵，再由长江入樊良湖（今高邮湖）、河道辗转入破釜塘（今洪泽湖），二月初四抵达淮阴，田洛、蔡广、魏乾这些北府将领已经各率本部士卒五万余人在淮阴集结待命，徐、兖二州刺史郗愔为共奖王事，督所部五千步骑随同参战，如此，晋军步骑十二万，水陆并进，经洪汝河、泗水，逆行至徐州彭城，此时是二月十五。

在彭城，桓温接到颖川太守高柔的紧急军情，道是慕容垂来归，桓温大喜，急召桓冲、郗愔、桓熙、陈操之、桓石秀、桓石虔、谢玄、朱序八人入军帐议事，示以高柔急报，道：“慕容垂来归，燕失一臂，此天助我也，此次北伐，不能建大功，吾誓不回还！”

桓温这次是尽倾江东之力，期以必胜，现在更得慕容垂归附的消息，自是精神大振，是以说出不建大功则不归的誓言。

陈操之、谢玄、朱序齐贺，说大军甫发，便有敌酋来投，此桓公威望所致也。

桓温大悦，目视陈操之，说道：“此陈掾奇谋也，吾原以为慕容垂会北逃龙城，未想其不能渡河，只有南奔，哈哈，此人吾必厚加恩恤，收服燕众，此人有大用。”

桓温环视桓冲八人，说道：“慕容垂奔颖川，燕军慕容德、慕容筑率军两万围攻颖川，太守高柔告急，我将亲领大军往颖川救之，司州刺史桓熙率北府军依原定行军路线向黄河进发——”

桓温的谋划是，他与五弟桓冲、徐、兖二州刺史郗愔率众五万经汴水往陈留、汝南，会合袁真所部攻许昌、汝阳，略取淮北、河南之地，围攻颖川的慕容德、慕容筑闻知晋军大举北伐，必解颖川之围，固守各自城池，等待河北援军；而北府军这六万精锐，则经金乡、巨野，由清水入黄河，直逼燕都邺城——

计议已定，桓温、桓冲、郗愔引军往西，以建威将军檀玄为先锋，率劲卒五千先行，荆州军的朱序率水军三千沿汴水逆流而上，谢玄领五千荆州水军听命于北府军——

二月二十七日，桓熙率大军六万离开彭城，经昭阳湖至金乡，这条行军路线可谓得天时地利，若是去年干旱之际，往巨野的水路就会断绝，就算是夏秋枯水期，水浅也无法行船，而现在正是二月春暖，去年底的大雪融化后山涧溪流汇聚，春|水汤汤，行船便利，不愁漕运，虽是一路往北，但因为是由春入夏，气候渐暖，长途行军亦不为苦，若是夏季北伐，北土早寒，晋军裘褐少，若不能一战成功，则极易被严寒拖垮——

桓熙、谢玄诸人乘船经水路赴金乡，陈操之、桓石秀引四万步骑出徐州，以段思、冉盛的三千重骑兵为先锋，进攻沛县，这将是此番北伐的第一战。

沛县守将为燕东宁将军慕容忠，有步骑三千，粮草充足，早得探报知道晋军大举北伐，心知寡难敌众，决定固守待援——

三月初一，陈操之率军逼近沛县，屯兵栖山下，斥候来报，慕容忠将城周民户尽数迁入城中，意欲坚守，陈操之与桓石秀骑马察看沛县城池，见其城墙不甚高峻雄厚，回到军帐后便召集段思、冉盛、田洛、蔡广诸将，决定强攻沛县。夜里先命军士以射程达两百步的大黄弩将数百封劝降帖子射入城中，鼓动城中汉人叛乱，又声明燕国慕容垂已归降，来动摇鲜卑守军的军心，次日一早，东、南、北三门一齐发动猛攻，飞桥、云梯、巢车、抛石车蜂拥而上，以倚多为胜，慕容忠见晋军势大，城中汉民大户亦有骚动迹象，心知沛县难守，当机立断，决定突围退往黄墟、浚仪一带与慕容筑会合，此时沛县四门有三门遭强攻，独西门网开一面，慕容筑虽知西门必有伏兵，但也只有硬着头皮往西冲，在泗水亭一带与段思、冉盛所领的三千重骑兵相遇，慕容忠望着阳光下金属色泽闪耀的这支甲骑具装，大为吃惊，这种人和马俱有装甲的重骑兵乃是他鲜卑军独有，晋人何时有了这样的军队！

未等慕容忠从震惊中回过神来，数裡外的那支坚盔韧甲寒芒闪闪的重骑兵开始冲锋了，铁蹄奔腾，来势极快，既似钢铁长墙、又似金属狂潮，所过之处，大地震颤，好比雷神战车际天而来——

慕容忠手下是一千轻骑兵、两千步卒，他心裏很清楚，在平原开阔地，面对这样的重骑兵，无险可据的轻骑步卒根本无法抵挡重骑兵的冲锋，当即喝命步卒散开，他则引一千轻骑往西南奔逃，意欲绕过这支重骑兵，未想前方又有一彪军拦路，旌旗猎猎，却是晋龙骧将军田洛所部——

慕容忠腹背受敌，一千轻骑被段思、冉盛率领的三千重骑兵一个冲锋即剿杀近半，随后重骑兵退出战场，由田洛的步卒来收拾残局，慕容忠被生擒，三千步骑死伤近半，重伤者当即被田洛下令处死，余者皆为俘虏。