义熙十三年（公元417年）七月，东晋太尉刘裕率军离开洛阳，推进到陕城。
此时，刘裕安排的三支奇兵也都进入后秦境内，他们分别是从子午谷北上的姚珍之军，从洛谷入关的窦霸之军和从武关进入关中的振武将军沈田子、建威将军傅弘之所领的三千人马。
沈田子和傅弘之的军队从武关进入后秦国境，所向无敌，各个郡县的地方官都望风而逃。这支军队顺利推进到蓝田。蓝田，过去又称作青泥，因城池对面是峻山，其上多柳树，因而又称作蛲柳，这里是从东南方向进入关中的最后一道屏障。
当晋军主力与后秦军在定城（陕西华阴东）相持不下的时候，沈田子之军到了蓝田。后秦主姚泓命令给事黄门侍郎姚和都率军驻扎在这里抵御。刘裕担心沈田子等人率领的部队人数较少，命令沈田子的弟弟沈林子率领一万精兵南下，增援沈田子等人。
沈林子率军翻山越岭，穿越了伏牛山脉，一路跋涉前来。然而，就在沈林子之军尚未到达之时，后秦主姚泓得知刘裕大军已经推进到了阕乡，他决定亲自率领大军从长安出发东进与刘裕决战。但是他又考虑到假如大军东出以后，沈田子之军会在蓝田动手，一旦蓝田失守，后秦军主力将会腹背受敌，
长安也将变得非常危险。想到这里，他决定在大军东进之前，以优势兵力将沈田子解决掉。于是，他命令姚裕率领八千步骑先行出发，增援蓝田，姚泓亲自率领数万大军随后而去。
晋军这支被刘裕用作疑兵的部队，人数与后秦军差距是非常大的。后秦军刚刚抵达前线，沈田子就决定趁后秦军立足未稳，孤注一掷与后秦军决战，傅弘之劝阻道∶“敌众我寡，难以抵敌。”
沈田子反驳道∶“兵贵用奇，不全靠人多。”傅弘之仍然不答应。
沈田子说∶“敌我两军众寡悬殊，不是敌死，就是我亡。如果等到敌人站稳了脚跟，我军将军心大乱，到那时，我们就大事已去了。趁着现在敌人部伍不整之际，主动向其发起进攻，一定能够胜利，这就是所谓的先发制人!”说完，沈田子也不等傅弘之答应，独自率领本部人马擂鼓前进。
后秦军将晋军的这股小部队包围了好几层，沈田子激励将士们说∶“建立能够封侯的战功，也就在此地!”他命令扔掉军粮，焚烧营舍，将所部完全置于死地，沈田子所率的江东子弟，都是身经百战的勇士，善于近距离格斗，而据《晋书·姚泓传》的记载，姚泓“扫境内之民”组成的军队中，不少都是刚刚征召的百姓，当然无法与晋军相比。
在沈田子的感召下，将士们奋不顾身，左砍右杀，如入无人之境。看到沈田子被围，傅弘之等其他六军也都加入到了激战中。战斗从上午一直持续到下午，姚裕及姚泓率领的后秦军被击败，晋军斩杀后秦军一万多人，并缴获了姚泓的御用车辆、御用服饰。姚泓率领残部退守灞上。
蓝田之战结束以后，沈林子率领的部队才抵达战场，兄弟二人率领晋军继续进击，追到灞上。此时，沈田子和沈林子兄弟早已威名远扬，后秦国百姓都非常害怕，各地纷纷暗中表示归附，晋人庞斌之、戴养与胡人康横等也都率领部落投奔晋军。在这种情况下，沈田子打算直接进攻长安，沈林子劝阻道∶“现在我们拿下长安，如探囊取物一般容易。我们兄弟连克敌城，再攻克长安，就等于说单独灭了一国，那是不赏之功啊。”沈田子这才按兵不动了。
八月二日，刘裕抵达潼关。
此时，后秦军主帅姚赞屯军定城，姚难驻守香城，黄河渡口蒲阪尚在后秦军之手，但河曲一带却由投靠晋军的薛帛占领。于是，刘裕任命朱超石为河东太守，命令他与徐猗之、薛帛在黄河以北会师，然后一起进攻蒲阪。
晋军攻下了蒲阪以后，后秦平原公姚璞又与姚和都一起率军前来争夺，晋军寡不敌众，徐猗之战死，朱超石抛弃部众，只身逃回潼关。后秦军重新占领蒲阪后，姚赞就命令司马休之、司马国璠从轵关向河内郡进发，与那里的北魏军联络，引导北魏军伺机攻击晋军的背后。
正面迟迟没有取得进展，王镇恶对刘裕建议，请求率领水军绕开定城的后秦军主力，从黄河进入渭河，直接进攻长安，刘裕答应了。王镇恶心中早已有了从渭河进攻长安的计划，他提前就已经命令士兵们砍伐树木，建造船只了。刘裕命令王镇恶、王敬从秋社渡过渭河，先进攻驻守香城的姚难之军，为水军逆流而上扫清道路。当时，暴雨倾盆，渭河泛滥，后秦军无法渡河救援姚难。看到晋军前来，姚难一支孤军不敢恋战，只好放弃香城，仓皇后撤。姚难所部撤至泾河河畔，与镇北将军姚强率领的数千本郡部众会师，一起驻守在这里，抵御晋军。
听说晋军沿着渭河西上的消息，后秦主姚泓从灞上北撤到石桥，为姚难、姚强声援。王镇恶命令部将毛德祖率军进击，一战将后秦军击败，阵斩姚强，姚难逃回了长安。与此同时，由于王镇恶之军也已绕到后秦军主力的背后，后秦军整个东部防线瓦解，姚赞只得率军从定城向后撤退，退守郑城（陕西华县）。
刘裕率军步步紧逼，后秦主姚泓只得再次调整部署，进一步缩小防卫圈。他命令姚裕、尚书庞统屯兵宫中，姚汾屯于沣西，尚书姚白瓜将四军、杂户强制迁入长安，姚赞退守灞东，姚丕驻守渭河河桥，胡翼度驻守石积（陕西华县西南），姚泓本人则率领御林军驻扎在长安城西的逍遥园。
王镇恶的水军继续沿着渭河西进。他设计建造的是封闭式的战舰，划船的战士都藏在战舰内。后秦人看到战舰逆流而上，却不用人划桨，都非常震惊，以为晋军有神灵相助。
八月二十三日凌晨，王镇恶的部队推进到渭河河桥，王镇恶命令将士们先饱餐一顿，吃完饭以后，即下令全军弃船登岸，后上岸者斩首。渭河水流湍急，战舰都随河水朝东漂去，一眨眼的工夫，就消失得无影无踪。当时，姚泓在长安附近的后秦军尚有数万人，王镇恶率领的这支突击部队自断退路，唯有前进，再无生路，全军将士都眼睁睁地看着战舰倏忽不见，大家都知道这意味着什么。王镇恶对全军将士们说∶“你们大家的家乡都在江南，我们的正前方就是长安的北门，距离你们的家乡有万里之遥。现在，我们的船只、我们的衣服、我们的粮食，都随船只漂走了，我们哪里还有其他的求生之路?只有死战，才能立下大功，不然，我们会被秦人杀光!”
说完，王镇恶身先士卒，带头朝后秦军发起了攻击，士兵们都知道再无退路，无不奋勇争先，大破后秦军。姚泓亲自从逍遥园率军救援，但是，河桥附近却靠近河流，道路狭窄，姚泓的援军在路上迎面遇到溃逃下来的败兵，一下子就被冲散，顿时不战自溃。姚谌等人全部死在战场，姚泓单枪匹马逃回宫中。
王镇恶率军一路追杀，从平朔门（长安北门）攻入长安城，姚泓与姚裕等人率领数百骑兵逃奔于石桥。长安陷落的消息传到姚赞军中，后秦将士无不抽出佩刀砍地，放声大哭。胡翼度已经暗中与刘裕勾结，这一天，他抛弃军队向刘裕投降。当晚，姚赞率领后秦军主力火速赶回长安，打算与在石桥的姚泓会师，当这支部队回到长安时，王镇恶的晋军关闭了各个城门，后秦军无法进城，部众非常惊恐，顿时一哄而散。
此时，晋军威名远播，西州人李焉等都请求为晋军效命，孙姐羌杂夷及姚泓的亲属，也都投降了沈林子。躲在石桥的姚泓一夜无眠，无计可施，已经上天无路，入地无门。他考虑再三，决定向刘裕投降，他的儿子姚佛念，当时年仅11岁，对姚泓说∶“晋人肯定会在我们身上满足他们的欲望，即使投降，最终也难以幸免，不如自杀。”姚泓凄然没有做声，姚佛念遂登上宫墙跳下摔死。
第二天，也就是义熙十三年八月二十四日，姚泓带着妻子、群臣前往王镇恶的大营门前投降，王镇恶将他们关押了起来。长安城内尚有六万多户各族群众，王镇恶宣扬晋国的恩德，号令严明，安抚新归附的部众，居民们生活如常。