曹睿大喜，即命司马懿率牛金、胡遵等步骑四万征讨公孙渊，从京师出发，经孤竹，越碣石，六月，进至辽水。
司马懿令胡遵为先锋，引前部兵先到辽东下寨。哨马急报公孙渊，公孙渊令卑衍、杨祚分八万兵马屯驻在辽隧，围起堑壕二十余里，环绕鹿角，甚是严密。
胡遵令人回报司马懿，司马懿采用声东击西之计，先在南线多张旗帜，佯攻围堑，吸引敌军主力，而以主力隐蔽渡过辽水，逼进敌军的襄平本营。
诸将对此感到不解，司马懿说：“敌军坚营高垒，就是想让我大军兵疲粮尽，若攻城，正中其计。古人曰，敌虽高垒，不得不与我战者，攻其所必救也。今其大军在此，老巢却空。我直指襄平，敌军必惧，惧而求战，破之必矣”。
就在司马懿绕道襄平时，卑衍与杨祚商议：“若魏兵来攻，休与其交战。魏兵千里而来，粮草难以持久，粮尽必退；待他退时，然后出奇兵击之，司马懿可擒也。”
二人正商议间，忽报：“魏兵往南去了。”
卑衍大惊，连忙和杨祚率军去救襄平。
早有探马报知司马懿，司马懿笑道：“中吾计矣！”
司马懿令夏侯霸、夏侯威，各引一军伏于辽水之滨，二将早望见卑衍、杨祚引兵前来。两边鼓噪摇旗：左有夏侯霸，右有夏侯威，一齐杀出。
卑衍、杨祚二人，无心恋战，夺路而走。二人率败军退到首山，正遇公孙渊率兵赶到，合兵一处，回马再与魏兵交战。
混战之中，夏侯霸一刀斩卑衍于马下，辽兵大乱。夏侯霸驱兵掩杀，公孙渊引败军退入襄平城，闭门坚守不出。
魏军四面围住襄平城，此时正值秋雨连绵，雨下了一个月，平地水深三尺，运粮船从辽河口直到襄平城下。
魏兵不擅水战，此时都在水中，军心不稳。左都督裴景入帐对司马懿说：“雨水不住，营中泥泞，军不可停，请移于前面山。”
司马懿怒道：“捉公孙渊只在旦夕，安可移营？如有再言移营者斩！”
裴景只好退下。过了一会，右都督仇连又来劝：“我军不擅水战，若此时徐盛率楚地水军来救，则我军危矣。请移营高处。”
司马懿喝道：“吾军令已发，汝何敢故违！”
司马懿即命人将其推出斩首，首级悬挂在辕门外，于是军心震慑。
司马懿遣人回洛阳催粮，曹叡设朝，群臣都奏道：“近日秋雨连绵，一月不止，人马疲劳。更兼南方用兵，国中屯粮所耗甚巨，可召回司马懿，权且与公孙渊罢兵。”
曹睿却说：“司马仲达善能用兵，临危制变，多有良谋，捉公孙渊计日而待。卿等何必忧也？”
曹睿于是不听群臣之谏，派人运粮到司马懿军前。
司马懿在大寨中谋划军机，又过了几天，雨停了天晴了。这天夜里，司马懿到帐外，仰头观星象。忽然见到一颗陨星，拖着数丈长的光芒，坠到襄平城东南。
各营将士都对此感到无比惊骇，司马懿见了却大喜，对众将说道：“五日之后，星落处必斩公孙渊矣。来日可并力攻城。”
魏军昼夜强攻，襄平城内粮尽，死者无数，公孙渊大将杨祚等人投降。而田豫、徐盛等将早根据韩玄指示，拒守各要塞，没有来救援公孙渊，公孙渊惊惧万分。。
八月，公孙渊派王建、柳甫请求解围，司马懿斩杀使者，发布檄文严责公孙渊。公孙渊又派卫演来请求定期送还人质，司马懿拒绝人质。公孙渊于是准备从城南突围，司马懿纵兵击破突围之军，公孙渊战死在梁水边。
入城后，司马懿下令屠杀十五岁以男子七千多人，收集尸体，筑造京观。而后又把公孙渊所任公卿以下一律斩首，杀死将军毕盛等二千多人，收编百姓四万户，迁入幽州谷、渔阳等地。
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