元顥進入洛陽後，陳慶之的軍事成就達到了巔峰。然而，政治局勢的複雜性遠遠超過了單純的軍事征服。元顥稱帝後，很快暴露出了昏庸無能的一麵，日夜宴樂，不問政事，與安豐王元延明、臨淮王元彧等謀劃背叛梁朝的恩情。
陳慶之敏銳地察覺到局勢的危險性。他深知，北魏爾朱榮的勢力並未被徹底消滅，元顥的統治並不得人心，而自己的兵力過於薄弱，難以控製廣大地區。在這種情況下，陳慶之向元顥提出了一個富有遠見的建議：“今遠來至此，未伏尚多，若人知虛實，方更連兵，而安不忘危，須預為其策。宜啟天子，更請精兵；並勒諸州，有南人沒此者，悉須部送。”
陳慶之建議向梁武帝請求增派援軍，同時收容在北魏的南朝人，擴充兵力。這一建議本是當時局勢下的明智之舉，但卻引起了元延明的警惕。他勸告元顥：“陳慶之兵不出數千，已自難製；今增其眾，寧肯複為用乎？權柄一去，動轉聽人，魏之宗社，於斯而滅。”
元延明認為陳慶之兵力不多已經難以控製，如果再增加他的兵力，將更加無法駕馭。
元顥聽信了元延明的讒言，對陳慶之產生猜疑，表麵上以“河北、河南一時已定，唯爾朱榮尚敢跋扈，臣與慶之自能擒討。今州郡新服，正須綏撫，不宜更複加兵，搖動百姓”為借口，拒絕增兵，並上表梁武帝，讓後續梁軍停止前進。
陳慶之的屬下佛念洞察局勢的危急，向陳慶之進言：“功高不賞，震主身危，二事既有，將軍豈得無慮？自古以來，廢昏立明，扶危定難，鮮有得終。今將軍威震中原，聲動河塞，屠顥據洛，則千載一時也。”他勸陳慶之廢黜元顥，自立為主，把握這千載難逢的機會。
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然而，陳慶之嚴詞拒絕了這一建議。他始終保持著對梁朝的忠誠，不願趁勢自立。但他也意識到局勢的危險，於是請求出任徐州刺史，以求離開洛陽這是非之地。元顥心中忌憚陳慶之，不願放他離開，借口推脫道：“主上以洛陽之地全相任委，忽聞舍此朝寄，欲往彭城，謂君遽取富貴，不為國計，手敕頻仍，恐成仆責。”
陳慶之不敢再言。果然，不久之後，北魏最大的軍事強人爾朱榮開始反撲。他挾持魏孝莊帝元子攸，會合爾朱世隆、元天穆、爾朱吐沒兒等部，“勒眾號百萬”，實際兵力約三十萬，挾雷霆萬鈞之勢，向洛陽撲來。
元顥占據洛陽僅六十五日，他所占領的城池一時間紛紛反叛。麵對如此危局，陳慶之並沒有慌亂，他冷靜分析形勢，決定渡過黃河，駐守北中郎城，構築防線，阻擊爾朱榮大軍。爾朱榮率領的北魏大軍與陳慶之在北中郎城展開了慘烈的攻防戰。“三日中十有一戰”，陳慶之以區區數千兵力，抵擋住了爾朱榮數十萬大軍的輪番猛攻，給予敵軍重大殺傷。爾朱榮久攻不下，一度心灰意冷，“議欲還北，更圖後舉”，可見陳慶之的抵抗給爾朱榮造成了多大的困擾和損失。
然而，軍事上的頑強抵抗無法彌補政治上的脆弱。爾朱榮見強攻陳慶之防線不下，遂改變策略，避開陳慶之的防區，轉而從其他地點渡河，直接攻擊洛陽。元顥的防線頃刻間土崩瓦解，他本人率數百騎南逃，在臨潁被魏軍追擊殺死。洛陽陷落。
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