双方的决战在临朐城南展开，为对抗南燕的骑兵，东晋将辎重车辆放置在军队外侧，车上蒙上布幔以防弓箭，步兵手持长槊防御在战车旁边，通过这样的排列抵御骑兵的冲击。
南燕骑兵从临朐城中冲出来，主动冲击东晋战车，双方主力都倾巢而出，战斗一直持续到傍晚。若厮杀一直持续下去，刘裕的军队必然受创，毕竟此地是南燕领土。敌人无论补充兵源还是粮草，都极为便捷，鉴于此，刘裕随即撤出五千兵勇。进而从侧面迂回到临朐城下，突然攻取城墙，南燕大军阵脚大乱，以为又受到另外一支部队攻击，顿时失去斗志，军队秩序崩溃。
这一场败仗，使南燕元气大伤，全国主力都无法阻挡东晋的进攻，后续的灭亡也基本毫无悬念。
