澗布好陣勢等待他們。劉牢之徑直向前，渡過洛澗，攻打梁成，大敗前秦軍，斬殺梁成和弋陽太守王詠，又分兵截斷前秦軍的退路渡口，前秦的步兵騎兵全線崩潰，士兵爭相逃進淮河，死亡的士兵有一萬五千人。東晉軍隊擒獲前秦揚州刺史王顯等人，繳獲了前秦軍所有的武器裝備和軍用物資。於是謝石等各路軍隊水陸並進。秦王苻堅和陽平公苻融登上壽陽城眺望，看到東晉軍隊軍陣整齊，又望見八公山上的草木，都以為是東晉的士兵，苻堅回頭對苻融說：“這也是強大的敵人，怎麼能說他們弱小呢！”他悵然若失，開始有了畏懼之色。
接著，前秦軍隊逼近淝水列陣，東晉軍隊無法渡過淝水。謝玄派遣使者對陽平公苻融說：“您孤軍深入，卻緊靠著淝水布陣，這是打算打持久戰，不是想速戰速決啊。如果您能把軍陣向後稍稍移動，讓東晉軍隊能夠渡過淝水，來一決勝負，這不也是很好的嗎！”前秦眾將領都說：“我們人多，他們人少，不如阻攔他們，讓他們無法上岸，這樣才能萬無一失。”苻堅說：“隻需領兵稍稍後退，等他們渡到一半時，我們出動鐵甲騎兵逼近衝殺，沒有不勝的道理！”苻融也認為這話有理，於是指揮軍隊後退。前秦軍隊一退就停不下來，謝玄、謝琰、桓伊等人率領軍隊渡過淝水進攻他們。苻融騎馬奔馳，巡視軍陣，想指揮後退的士兵，結果馬被絆倒，隨後被東晉士兵殺死，前秦軍隊於是全線潰敗。謝玄等人乘勝追擊，一直追到青岡。前秦軍隊大敗，士兵自相踐踏而死的很多，屍體遍布田野，都堵塞住了河流。那些逃跑的士兵聽到風聲和鶴的鳴叫聲，都以為是東晉軍隊追來了，日夜不敢停歇，在草叢中行軍，在野外露宿，再加上饑餓和寒冷，死亡的人有十分之七八。起初，前秦軍隊稍稍後退時，朱序在軍陣後麵大聲呼喊：“前秦軍隊失敗了！”士兵們於是狂奔逃命。朱序趁機和張天錫、徐元喜一起投奔東晉。東晉軍隊繳獲了秦王苻堅乘坐的雲母車以及儀仗服飾、武器器械、軍用物資、珍寶牲畜等，多得數不清，又收複了壽陽，擒獲前秦淮南太守郭褒。
混亂當中，苻堅中了流箭，獨自騎馬逃到淮河以北，此時的他非常饑餓，有百姓送來一壺水泡飯、一塊豬腿肉，苻堅吃完後，便賞賜給那人十匹布帛、十斤綿絮。那人推辭說：“陛下厭倦安樂，自取危難困苦。我是陛下的子民，陛下是我的君主，哪有兒子供養父親還要回報的呢？”說完頭也不回地離開了。苻堅對張夫人說：“我現在還有什麼臉麵治理天下啊！”說著潸然淚下。
當時，前秦各路軍隊都已潰敗，隻有慕容垂率領的三萬人完好無損，苻堅率領一千多騎兵前去投奔他。慕容垂的世子慕容寶對慕容垂說：“我們燕國覆滅，天命和人心都歸向您，隻是時機還沒到，所以您才暫時隱藏行蹤。如今秦主兵敗，來投靠我們，這是上天賜予我們恢複燕國的機會，這個時機不能錯過，希望您不要因為苻堅的一點小恩小惠，就忘記國家社稷的重任！”慕容垂說：“你說得對。但他是懷著誠心來投靠我的，我怎麼能傷害他呢！如果上天要拋棄他，還用擔心他不滅亡嗎？不如保護處於危難中的他，來報答他過去的恩德，再慢慢等待他出現破綻，然後圖謀他。這樣既不辜負過去的心意，又能憑借道義奪取天下。”奮威將軍慕容德說：“前秦強大時吞並了燕國，現在前秦衰弱了，我們圖謀它，這是報仇雪恥，不是辜負過去的心意；兄長您為什麼不要這到手的機會，反而要把數萬軍隊交給別人呢？”慕容垂說：“過去我被太傅慕容評排擠，無處安身，逃到前秦才得以活命，秦主把我當作國士對待，恩德禮遇十分周到。後來我又被王猛陷害，無法為自己辯解，隻有秦主能明白我的清白，這份恩德我又怎麼能忘記呢！如果氐族人的國運真的要終結，那我會安撫召集關東的民眾，來恢複祖先的功業，而關西地區終究不會歸我所有。”冠軍行參軍趙秋說：“明公您應當恢複燕國的國運，這在讖語中已經有預兆。現在時機已經到了，您還等什麼呢！如果殺了秦主，占據鄴城，然後擂鼓向西進軍，關中地區也不會再歸苻氏所有了！”慕容垂的親信黨羽大多勸他殺了苻堅，但慕容垂都沒有聽從，反而把自己的軍隊全部交給了苻堅。平南將軍慕容暐駐守鄖城，聽說苻堅兵敗，便拋棄軍隊逃走了；到達滎陽後，慕容德又勸說慕容暐起兵恢複燕國，慕容暐沒有聽從。
此時，謝安收到驛站送來的書信，得知前秦軍隊已經失敗，當時他正和客人下圍棋，隨手把書信放在坐榻上，臉上沒有絲毫喜悅，繼續下棋。客人問他書信內容，他緩緩回答說：“小輩們已經打敗了敵軍。”下完棋後，他返回內室，跨過門檻時，竟然沒發覺木屐的齒被碰斷了。
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