對於慕容垂而言，自從消滅了翟釗以後，後燕便控制了黃河以南地區，極大地加深了南線的防禦縱深，再加上東晉並無大舉北伐的意圖，因此奪取太行屋脊，扭轉自己戰略上的不利態勢，就成了慕容垂的當務之急。況且消滅翟釗以後，後燕再無南線牽制，消滅西燕自然就被提上了後燕君臣的議事日程。
不過，當慕容垂提出進攻西燕的計劃以後，後燕群臣、諸將依然提出了反對意見。理由是∶慕容永立國以來，從未對我國進行挑釁，而我軍卻是連年征戰，士兵疲憊，怨聲載道，此時不宜再動干戈，只有范陽王慕容德認為機不可失。
太元十八年（公元393年）十月，也就是在慕容垂消滅翟釗一年之後，後燕發起了了討伐西燕的總動員。
慕容永的統治中心地區在今天的山西省上黨地區，當時，西燕慕容永有十萬軍隊，而慕容垂只率七萬步騎，從人數上慕容垂並不佔優勢。而且，慕容垂的部隊連年征戰，比較疲憊，如果慕容永措置得力的話，不是沒有勝算。然而，從慕容永立國以來的三次征戰來看，慕容永本人的軍事能力並不高明，西燕軍隊的戰鬥力也並不十分強，尤其是西燕的十萬軍隊既要防守西面的蒲坂，又要防守各處的交通孔道，平均使用兵力，自然是不行的。
在這種情況下，兩軍主帥的智慧對於整場戰役的走向，就起到了決定性的作用，如何誤導對手、達到避實擊虛、調動敵人的目的，就成了戰役的關鍵。
太元十八年十一月，慕容垂親率步騎七萬從中山南下鄴城，與此同時，他還派遣丹陽王慕容瓚、龍驤將軍張崇從井陘關出發，進攻駐守晉陽的慕容永弟弟、武鄉公慕容友，派遣徵東將軍平規進攻西燕鎮東將軍段平駐守的沙亭，打響了全面進攻西燕的序幕戰。十二月，慕容垂抵達了鄴城，而西燕主慕容永則命令尚書令刁雲、車騎將軍慕容鍾率領五萬大軍，駐守在潞川，將主力部隊放到了防備滏口陘上。
慕容垂也深感自己的兵力不足，於是只留下清河公慕容會鎮守鄴城，又徵發司州、冀州、青州、兗州四州之兵，並派遣太原王慕容楷率軍從滏口西進，遼西王慕容農從壺關西進，慕容垂則親率大軍從沙亭出發。至此，慕容垂顯示給對手的共有四個進攻方向。從北至南依次是∶由慕容瓚率領的從井陘關出發、進攻晉陽的北路軍；太原王慕容楷率領的從滏口西進之軍，對面是刁雲、慕容鐘的五萬大軍；屯兵於沙亭附近的慕容垂主力中軍；穿越壺關、進逼長子的慕容農所部。面對慕容垂的來勢洶洶，慕容永將糧草輜重屯聚在臺壁，命令徵東將軍慕容小逸豆歸、鎮東將軍王次多、右將軍勒馬駒率領一萬多軍隊防守。
讓慕容永疑惑不解的卻是，慕容垂屯軍鄴城西南將近一個多月，卻遲遲不進。時間一天天過去，慕容垂仍舊駐屯在鄴城。之所以這樣做，一方面是為了兼顧南北兩翼，防止慕容永主動出擊，做困獸之鬥；另一方面是在養精蓄銳的同時觀察慕容永的一舉一動，從而做出最佳應對策略。對於慕容永而言，他最好的應對方法是一方面以小部兵力，多張旗幟，迷惑敵人，扼守關隘；另一方面集中優勢兵力，全力進攻敵人最強勢的一部。再視戰役的發展情況，決定是否繼續擴大戰果，各個擊破敵人的進攻。
慕容永看到慕容垂一個多月沒有動靜，判斷狡猾的慕容垂也許示形於鄴城，其實打算南下，迂迴到河內郡，從那裡穿越太行陘，進攻天井關又或者從更西面的軹關，進入河東地區。於是，他下令將主力軍團重新集結起來，只留下一支軍隊駐守在臺壁，保護糧草輜重，其他主力部隊則先南下天井關，又從東線調兵，充當工程兵，將道路較寬的太行陘用石頭完全封堵起來，再將大軍屯駐在軹關之上，準備以逸待勞，一舉殲滅來犯之敵。
慕容永的這一重大決策，完全來自於自己的憑空想象，判斷慕容垂有可能從太行道進攻的依據∶一是慕容垂遲遲不進，一定有詐，應當不會選擇從較近的滏口進攻；二是太行道相對比較寬，便於軍隊行軍。在徹底堵塞了太行道以後，慕容永進一步判斷，慕容垂會繼續西進，繞道軹關進攻。西燕軍隊從東線調來，將太行道堵塞以後，又風塵僕僕繼續西進，集結在軹關。
可惜事情完全沒有按照慕容永的想象發展。太元十九年（公元394年）四月二十日，慕容垂親自率領大軍對已經空虛的滏口發起了猛烈的進攻，並順利將其拿下，攻下滏口之後，又乘勝從背面進入了天井關（山西省晉城市西南四十五華里的太行山上），至此，後燕大軍順利進入上黨盆地。
五月一日，慕容垂大軍推進到臺壁。慕容永擔心臺壁有失，趕忙派遣堂兄、太尉慕容大逸豆歸率軍前去增援，結果卻被後燕平東將軍平規率軍擊破。慕容小逸豆歸率領眾將出戰。後燕遼西王慕容農前往迎戰，又將其擊敗，並陣斬西燕右將軍勒馬駒，活捉鎮東將軍王次多。後燕軍遂包圍了臺壁。慕容永急忙徵調遠在南面太行山麓軹關一帶的駐軍東返，自己則親自率領五萬大軍抵禦，依託河曲自守，並派出使者約期與慕容垂決戰。而就在此時，西燕潞川駐軍主將、尚書令刁雲與慕容鍾驚慌失措，率眾投降。慕容永大怒，誅殺了二人的妻子兒女。
五月十六日，雙方決戰的日子終於到來了。
慕容垂做好了大戰前的準備工作。他在臺壁以南列下陣勢，以遼西王慕容農和太原王慕容楷為左右兩翼。戰前一天，他還秘密派遣驍騎將軍慕容國率領一千騎兵，提前埋伏在山澗之中，作為奇兵。兩軍在河曲展開了一場生死對決。慕容垂假裝敗退，慕容永乘勝追擊了幾里。就在這時，慕容國的一千騎兵突然從山澗殺出，在慕容永後方左砍右殺，與此同時，慕容楷和慕容農也從兩翼夾擊，大敗慕容永，並斬首了西燕軍八千多級。慕容永狼狽退回到長子。西燕晉陽守將聞訊，不戰棄城而逃。後燕丹陽王慕容瓚等人也攻克了晉陽。慕容垂大軍包圍了長子。
慕容永打算往西逃奔後秦姚萇，侍中蘭英勸說道∶“過去石虎進攻我們的龍城，太祖慕容默堅守不棄，最終成就了大燕偉業。如今慕容垂已是七十老翁，對戰爭早已厭倦，不可能長年累月駐在此地，攻擊我們。我軍只用堅守城池，令其疲憊即可。”於是，慕容永打消了放棄抵抗的念頭，還派遣兒子常山公慕容弘等人向東晉雍州刺史郗恢求救，並獻上一枚玉璽。
北魏與後燕交惡以後，拓跋珪採取了聯合西燕、制約後燕的策略。因此，在拓跋珪接到慕容永的求救信以後，就立即命令陳留公拓跋虔（元虔）、將軍庾嶽率領五萬騎兵，東渡黃河前來救援，魏軍抵達秀容。
然而，晉軍和魏軍尚未抵達長子，長子城內就已經支援不下去了。慕容大逸豆歸所部將領伐勤、賈韜等人秘密與後燕聯絡，打開了長子的城門，後燕軍隊湧進城內。慕容永逃往北門，被後燕前鋒抓獲。慕容永曾將慕容垂一系子孫全部誅殺，慕容垂因此對其恨之入骨。他責罵慕容永一通，然後將其誅殺，並將西燕原已投降的刁雲等公卿三十多人一併殺死。西燕八郡七萬多戶以及慕容永從長安得來的珍寶、樂器、服飾、車馬等全部納入慕容垂的囊中。至此，西燕滅亡。
