太元二十一年八月二十八日，拓跋珪亲自率领四十万大军对后燕发起了总攻。主力部队以将军李粟的五万铁骑为前锋，从代北南下，穿过马邑（山西省朔州市），翻越句注山（山西省代县北），直取晋阳；另一路，则命令将军封真、莫题等从东路，越过军都关（居庸关，北京市昌平西南），扑向蓟城。拓跋珪主力大军的旌旗连绵两千余里，一路上旌旗招展，鼓角齐鸣，声势十分浩大。
九月十八日，魏军抵达晋阳以北的阳曲，拓跋珪命令魏军登上晋阳西面的高山，俯冲而下，直扑晋阳，环绕晋阳大声呐喊示威。慕容农率领晋阳守军出城迎战，被魏军打得大败，遂率领败军欲退回城内，可是，司马却闭门不纳。
无法进城的慕容农只好带领妻子和身边数千骑兵，狼狈往东逃窜。拓跋珪命令中领军将军长孙肥跟踪追击，在潞川追上了慕容农一行，虏获了慕容农的妻儿。跟随慕容农逃窜的几千燕军全军覆没，慕容农本人也在战斗中负伤，仅与身边三名骑士逃回了中山。关于此战，《魏书·太祖本纪》则称，慕容农十分害怕，趁夜率领妻儿弃城东逃，这一说法也许是真实的，因为，如果慕容农是出战战败后而逃，则不可能带上城内的妻儿。
就这样，拓跋珪轻松地就拿下了并州。在这里，他开始正式设立朝廷，设置百官，任命各地的郡守、将军，尚书郎以下的官员都由士人担任，鼓励农业生产。拓跋珪刚刚建立新朝，对每一位知识分子都虚心接纳，士人们只要来求官的，不论老幼，拓跋珪均亲自接见，并耐心询问他们有什么才能。只要有一点才能的人，都能被任用。
在攻下晋阳的第二月，拓跋珪即命令冠军将军于栗碑、宁朔将军公孙兰率领步骑混合军团，偷偷从晋阳出发，打通韩信故道（即井陉路）。公元前204年，韩信穿越井陉，攻灭赵国，经过六百余年的沧桑巨变，原来韩信经过的井陉故道已经湮灭。这当然是从晋阳直抵中山最为便捷的道路，从这里可以直接东出河北中部地区，控制河北的中枢，将以中山为中心的河北腹地分割瓦解。由于山西地势较高，从山西东下相对容易。拓跋珪选择从井陉突袭，也有一定的道理。
闻听拓跋珪即将大规模进攻，慕容宝采纳了慕容麟的建议，没有分兵扼守太行山的各个险隘，而是集中兵力防御中山、邺城、信都等各个大城，修筑城墙，积攒粮草，做好打持久战的准备。他下令让辽西王慕容农率军驻屯在安喜（中山东南），作为游军，随时支援中山，而城内的军事行动，则由赵王慕容麟全权负责。
当时的燕军士气低落，兵员不足。太行山有数处险关，如果分兵把守，各个要隘守军人数少了，不起作用，而派去的守军多了，中山等河北腹地又防守薄弱，况且，后燕君臣又不知道魏军从何处东下，备多力分，一旦魏军突破一处险关，则大势去矣。慕容麟的建议，也是无奈之举。
十月，拓跋珪亲自率领北魏大军从井陉道东下，命令冠军将军王建、左军将军李粟率领五万骑兵，作为先头部队，军锋直指中山。拓跋珪在经过井陉道的时候，发现于栗弹修治的道路很好，当即赏赐给于栗弹名贵的战马。
魏军推进至井陉关的时候，井陉关守将李先投降，拓跋珪任命其为征东左长史。之后拓跋珪兵出井陉，首先攻陷了常山（河北省正定），抓获了后燕常山太守苟延。很快，常山以东的后燕地方官，逃的逃，降的降，各个郡县都归附了北魏，只剩下中山、邺城、信都三城坚守不下。中山是后燕的国都，邺城是后燕南方的重镇，信都是冀州刺史的治所。后燕仅失常山城，整个冀州就几乎全部归降拓跋珪，可见当时后燕百姓对慕容宝的统治并不满意。
十一月一日，拓跋珪命令弟弟、东平公拓跋仪率领五万骑兵南下进攻邺城，冠军将军王建、左将军李粟率领五万之众进攻常山东南的信都，并传令全军不得践踏百姓的庄稼，他自己则亲率大军北上进攻中山。
十一月十九日，拓跋珪抵达中山城下，并下令骑兵将城池团团围住。第二天，北魏军队发起了对中山城的总攻。后燕高阳王慕容隆率军驻守南城，他们依托城墙竭力抵抗，从早晨一直杀到黄昏，杀伤魏军数千人后，魏军才停止了进攻。北魏骑兵擅长野战，而不善于攻城。眼看强攻不行，拓跋珪打算先攻下邺城和信都，然后，再回过头来进攻中山。
于是，拓跋珪南下，十一月二十八日，抵达鲁口（河北省饶阳）。拓跋珪抵达鲁口之后，一直驻扎在鲁口一个多月，后燕博陵太守申永逃往黄河以南，高阳太守崔宏逃到海边，所属郡县的官吏都望风投降。
隆安元年正月初一，拓跋珪在鲁口大宴群臣。新年一过，中山城内的慕容宝即派遣左卫将军慕容腾进攻博陵（河北省安平县），诛杀了拓跋珪任命的中山太守和高阳郡的各个县令，抢掠了北魏的军粮。与此同时，魏军的南北两线也都遭遇到了挫折。北线，封真、莫题进攻蓟城的军队，一直没有取得进展。后燕章武王慕容宙送慕容垂和小段皇后的灵柩从龙城回来后，听说魏军入侵，便马不停蹄，率军急行进入蓟城，与镇北将军慕容兰一起驻守。
北魏别将石河头率军进攻蓟城，没有攻下，只好退守渔阳（北京市密云县）。
同样，南线进攻邺城的东平公拓跋仪也进攻受挫。镇守邺城的是后燕车骑大将军、冀州牧慕容德。慕容德派南安王慕容青等人趁夜出城，偷袭魏军，将魏军击败。魏军退守新城。
在南线不利的情况下，十二月，拓跋珪又派遣辽西公贺赖卢率领两万骑兵，协助东平公拓跋仪一起攻城。
看到魏军增兵，慕容德自知不敌，于是派遣参军刘藻向后秦姚兴求救，对姚兴以亲兄弟待之。然而，后秦虽然暂时安定，但是洛阳地区尚在东晋手中，而并州已被拓跋珪所占领，后秦军要想长途增援慕容德十分困难。因此，姚兴一直没有发兵。
邺城城内人心浮动，弥漫着恐惧的气氛。慕容德亲自犒赏战士，鼓励士气，城内人心慢慢安定了下来，人人愿意誓死固守。隆安元年一月，贺赖卢自认为是拓跋仪的舅舅，拒不听从拓跋仪的指挥，两人发生内讧。拓跋仪的司马丁建暗中与慕容德联系，向城内射箭传书，告知魏军内情，并从中离间贺赖卢与拓跋仪之间的关系。一月六日，狂风肆虐，白天伸手不见五指，恰在此时，贺赖卢的营中出现火光。丁建对拓跋仪说∶“贺赖卢已经烧毁军营逃跑了!”拓跋仪信以为真，匆匆率军退去，而贺赖卢听到拓跋仪退兵的消息，也赶忙北撤。丁建则趁乱率领自己的部众，向城内的慕容德投降，并对慕容德建议可趁魏军疲惫不堪之机，出城追击。
于是，慕容德命令桂阳王慕容镇、南安王慕容青率领七千骑兵，跟踪追击，并最终大破魏军。
隆安元年的一月，对拓跋珪而言，是喜忧参半。
拓跋珪出兵三个月来，顺利攻占了常山、鲁口、高阳等地，收纳了众多后燕官吏士人，然而，蓟城、邺城、信都、中山一直未下，进攻蓟城和邺城的军队又连连受挫，拓跋珪本部的粮草也时时被后燕军队劫掠。北魏军队虽然善于在冰天雪地里作战，但是如果一直攻不下后燕的重镇，外面又没有充裕的粮草供应，失败将是迟早的事。
与此同时，战事未获进展，也令北魏内部固有的矛盾逐渐加剧。北魏别部大人没根有胆有识，十分骁勇，拓跋珪对其心存猜忌。没根担心被杀，在太元二十一年十二月二十日，率领数十名亲兵投降了后燕，慕容宝任命其为镇东大将军，封雁门公。没根请求率军东还鲁口，偷袭魏军，但慕容宝对其并不十分相信，只给了他一百多名骑兵。没根只好带领着这一百多名骑兵，偷偷南下，接近魏军。
没根对魏军的军令十分熟悉，因此这支奇兵趁夜顺利地进入到魏军的中军大营。直到他们接近拓跋珪寝帐的时候，拓跋珪卫兵才发觉异常。拓跋珪惊醒之后，狼狈而逃。没根深知自己率领的人数太少，不敢恋战，只好安全撤离。
没根降燕，是北魏王室长期以来钩心斗角的结果，而没根的背叛，也加剧了北魏后方的动荡。
如今，拓跋仪、贺赖卢从邺城败还，而信都也进攻六十多天不下。于是，拓跋珪将所有的兵力集中起来，一起进攻信都。隆安元年一月二十二日，拓跋珪亲自率领大军进攻信都，二十四日，魏军骑兵将信都包围。
就在魏军包围信都的当天夜里，后燕冀州刺史、宜都王慕容凤率军从城内突围，逃往中山。第二天一早，信都城内的后燕辅国将军张骧、护军将军徐超率领官吏、将士出城投降。慕容凤是慕容桓的儿子，一直以来英勇善战，在后燕立国之初，常为军锋，因此，说慕容凤胆怯避战，似乎不通。慕容凤也许是率领一部分部队出城，前往中山请求慕容宝的支援。
其实，在听说拓跋珪集中兵力进攻信都的时候，中山的后燕皇帝慕容宝就已经率领燕军南下，进抵滹沱河，驻扎在深泽，并派遣赵王慕容麟进攻杨城（今地不详），杀掉北魏常山守军三百多人。后燕皇帝慕容宝还利用后宫的珍宝和宫女，招募郡县豪强，后燕各地的民众纷纷响应。
在信都稍事休息之后，二月一日，拓跋珪率军北上杨城，迎击后燕，双方以滹沱河为界相持不下。两军尚未开战，拓跋珪却听到了一个令他十分震惊的消息∶并州监军丑提（没根的侄子）听说没根叛魏之后，担心牵连被杀，已经率领本部人马从并州撤回代北，发动了叛乱。
得知后方不稳，拓跋珪顿时心乱如麻，也不愿继续与后燕打下去了。他派遣国相涉延向后燕求和，并表示愿意以自己的弟弟作为人质，来重新换来两国的和平。从拓跋珪派出的使者级别和提出的和解条件看，这次他是真心想与后燕和解，也说明当时的他是多么焦虑。不过，慕容宝也听到了北魏后方有乱的消息，于是坚决不同意和解，他派遣冗从仆射兰真前往拓跋珪军营，斥责拓跋珪忘恩负义，不仅如此，他还动员了后燕几乎全部的军队，共计步兵十二万、骑兵三万七千余人，驻扎在曲阳的柏肆，大军依托滹沱河北岸阻拦魏军。
二月九日，北魏军队西撤至滹沱河南岸扎营。当晚，慕容宝率领全军趁夜偷偷渡过了滹沱河，在魏军大营北面背水列阵。选拔的一方多偷袭魏营的敢死之士旋风般扑向魏营，趁着凛冽的寒风四处放火，向魏军发起了猛烈的进攻。一时间，魏军惊慌失措，一片大乱。大火一直烧到拓跋珪的行宫，卫士们也都四散奔逃。后燕将军乞特真（段辽有子段乞特真，不知是否为同一人）率领一百多人一直前突到拓跋珪的寝帐之内，只找到了拓跋珪的衣服和靴子。
可惜的是，攻入魏营的后燕士兵在黑暗中识别不清，竟突然自惊，相互砍杀射击，其实，此时的魏军已全都逃离了军营，魏军军营之内全是燕军。拓跋珪逃到营外，看到营内燕军士兵相互砍杀，于是亲自击鼓召集部下。不一会儿，拓跋珪的左右亲随和中军将士开始聚集到拓跋珪的身边。整顿好残余部众之后，拓跋珪让士兵们在大营外四处燃起火炬，然后派出骑兵冲进大营。后燕的这一方相互激战正酣的军队，突然遭到营外魏军骑兵的攻击，又看见大营之外四处火光，以为魏军人数众多，瞬间大败，被斩首近万级，后燕将军高长等四千多人被俘。从魏营中逃出来的燕军将士北逃到慕容宝的大营。慕容宝不敢恋战，赶紧率军又渡过了滹沱河，回到了北岸。
第二天，经过重新整顿的北魏军队，隔河与燕军相持。燕军士气低落，无力再战。慕容农和慕容麟劝慕容宝退回中山。当天，慕容宝即率领全军向中山方向北撤。魏军看到燕军后撤，立即渡过滹沱河，组织追击，后撤中的燕军无心恋战，一败再败。慕容宝担心不能安全撤至中山，便与慕容农等人抛弃大军，只率领两万骑兵仓皇北逃。当时，天气十分恶劣，风雪交加，一路上冻死的燕军士兵一个接着一个。慕容宝害怕被魏军追上，于是下令部队将数十万的铠甲兵器、辎重粮秣全部丢掉。侥幸逃回中山的燕军连一寸长的匕首都没有带回。此战，后燕朝臣、将士投降魏军的不计其数。
柏肆大捷，让本来要返回本国的拓跋珪又改变了主意。不过，柏肆是先败后胜，那些逃回的败军路过并州，向人们散布了大军惨败的消息，并声称不知魏王拓跋珪的下落。
拓跋珪在柏肆战败的假消息，立刻像风一样传遍了整个代北。这一假消息，让被征服的贺兰部、高车纥突邻部、纥奚部，纷纷举兵反叛。贺兰部帅贺附力眷、纥突邻部帅匿物尼、纥奚部帅叱奴根联合在阴馆（山西省代县西北）反叛。拓跋珪听说三部叛乱的消息，即命令庾岳率领一万骑兵回到代北，讨伐乱的三部。庾岳不仅顺利消灭了三部，而且还带来了拓跋珪尚在，并取得了柏肆大捷的消息。北魏国内终于安定了下来。