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正月还没有过完，征辽大军就出发了。
魏明帝亲自送行，车驾一直送到了洛阳西明门。考虑到大军此去刚好路过司马懿的老家河内郡温县，魏明帝特意让朝廷尚书台右仆射司马孚和散骑常侍司马师代表自己把司马懿再送到温县。
司马孚是司马懿的弟弟，“司马八达”中的老三，司马师是司马懿的长子，已经30岁了，刚刚被任命为散骑常侍。对于这项细致的安排司马懿还是挺感动的，自从年轻时离开家乡到曹丞相身边任职，屈指算来已30年了。
司马懿到了温县老家，河内郡太守、本郡典农校尉率地方各级官员集体前来拜见，他们是接到天子的诏书专程前来的，带来了天子所赐谷帛牛酒。司马懿于是在附近一个叫虢公台的地方设宴招待乡邻和故旧，宴会整整持续了一天。
之后魏军主力继续北进，进入幽州刺史部境内后加快了行进的速度，经孤竹、碣石，最后抵达辽水之畔，时间是当年的6月，比预计100天的行军时间稍晚了一些。
大兵压境，尽管公孙渊没有马上逃跑，但心里还是挺紧张的，这一次来的是司马懿，公孙渊知道此人是个够狠的角色，当年以霹雳手段收拾孟达的就是他。情急之下公孙渊想到还得跟孙吴结盟，于是主动取消了伪朝廷，再次派使者去江东向孙吴称臣，乞求孙权举兵北伐以救辽东。
公孙渊派的使者叫什么名字史书没有记载，但这个使者显然胆子够大，因为只要有正常的思维都清楚，他根本见不到孙权就得被拉出去剁了，然而有个叫羊驋的人建议孙权不妨见见：“杀了他们是匹夫之怒，而非霸王之计也。不如因势利导答应公孙渊，遣奇兵秘密前往助阵，如果司马懿伐公孙渊不克，而我军远赴助战就是恩结遐夷、义盖万里；如果公孙渊与司马懿打得难解难分、首尾不得相顾，那我们就趁机夺其领土，以报昔日之仇。”
孙权是干大事的人，想了想觉得有理，于是接见了公孙渊的使者，答应出兵相助，并让他给公孙渊捎话：“我一定与弟同休戚、共存亡，即使因此死在中原我也心甘情愿！只是司马懿所向无前，也深为老弟忧虑啊！”
辽东方面，大战已经开打，公孙渊派卑衍、杨祚率步骑数万屯兵在辽隧，在那里修筑了两座围堑，一南一北，相距60多里，形成呼应，摆出决战辽水的架势。
司马懿分出一部人马做疑兵，故意制造声势，让敌人以为将重点攻击其南部围堑，结果辽东的人马上当，把主力几乎都调到了南面，而魏军则在北面悄悄渡过辽水，直趋北围堑之下，司马懿命令把舟船毁了，做破釜沉舟之势。
辽水天堑已不在，众将认为此时正可以攻击，司马懿不同意，他向众将解释了原因：“敌人营坚垒高，想在这里拖死我们，如果强行进攻，正中其下怀，这就是王邑当年不攻昆阳的原因。古人说‘敌虽高垒，不得不与我战者，攻其所必救也’，现在敌人的主力在此，那么他们的老巢必然空虚，我们现在直指襄平，则敌人必然恐惧，主动来找我们决战，必然大败之！”
魏军不管当面之敌，直奔战略要地襄平而来，此地即今辽宁省辽阳市，为辽东必保之地，公孙渊就在城里，卑衍等人果然率主力跟了过来，双方大战于首山，魏军大破卑衍，之后三战三捷，卑衍率残部退保襄平，魏军将襄平包围了起来。
这时已是农历的七月，也是辽东的雨季，大雨又开始没完没了地下了起来，毌丘俭当初也打到了这里，就是因为大雨而前功尽弃。雨越下越大，在襄平城外扎营的魏军吃尽了苦头，有人建议移营，到地势稍好的地方躲躲雨，司马懿不许，明令敢言移营者斩，都督令史张静以为太尉只是说说，没当回事，又进去劝司马懿移营，被当即斩首，全军惊愕。
既然不移营，那就加紧攻城吧，司马懿也不同意，有一个叫陈圭的司马，当年随司马懿参加过讨伐孟达的战斗，他对此十分疑惑，问司马懿：“昔日咱们攻上庸，八部并进、昼夜不息，所以能在半个月时间里拔坚城、斩孟达。如今道路更远，但来了以后攻势却更安缓，属下实在困惑不解。”
司马懿向陈圭以及众将解释说：“孟达手下人马不多，但备下的粮食够吃1年，当时我们将士四倍于孟达，而存粮不足一个月，以一月图一年怎能不速战速决？而且当时是以四击一，胜算在手，所以不计死伤也要攻城，实际上是在与存粮赛跑。如今贼众我寡，贼饥我饱，情况完成相反，不过遇到点雨水罢了，暂缓几天，攻守之势不会改变。”
说完这些，司马懿又进一步解释了他的策略：“自京师出发以来，我不担心敌人来攻，只担心他们弃城而逃。在敌人粮草殆尽之时，掠其牛马、抄其樵牧，这是故意要驱赶他们让他们逃。兵者诡道，应因事而变。趁着敌人以雨水而自恃、虽饥困却未至绝境之时，应减少攻势以安抚，为了一些小利而把敌人惊醒，并不划算。”
与此同时，辽东大雨的消息也传到了洛阳，不少人跑到魏明帝那里，认为雨水暂时无法退去，此役已无全胜的可能，建议下诏让大军还师，魏明帝不许，他认为司马懿会临危制变，一定可擒公孙渊。
幸运的是雨停了，司马懿于是指挥攻城。
魏军各种攻城方法一齐使用，挖地道、起楯橹、用钩橦，襄平城下矢石如雨，魏军将士人人争先、个个效命，攻势猛烈，昼夜不停。
说起来，攻城这种事谁都没有把握，它不以人多人少为胜负的先决条件，有时很邪门，城在眼前，可纵然十倍于敌也进不了那一尺，三国时代这样的例子比比皆是。
决定城池能否守住的最关键因素是守城者的意志和决心，对于襄平城来说尤其如此。就在这个关键时刻，老天继续眷顾着司马懿，在攻城战打得最激烈的当口，一颗白色流星拖着长长的耀眼的尾巴，从襄平城西南向东北方向划去，最后坠落在梁水方向。这本是一次正常的天文现象，但在当时人们看来这是上天发出的某种警示，襄平城里的军民都认为这是大凶之兆，因而深为震慑，士气大伤。公孙渊也害怕了，派自己的“相国”王建以及“御史大夫”柳甫出城乞降……
司马懿的回答只有两个字：“不许！”
司马懿命人把王建、柳甫斩首，公孙渊不死心，又派“侍中”卫演等人前来乞降，司马懿对卫演说：“现在有五种可能：能战就战，不能战就守，不能守就走，以上是三种，其他两种是降与死，公孙渊不肯把自己绑了亲自来求降，到底想选哪一种呢？”
公孙渊知道遇上硬茬了，他原来还幻想来一场假投降，只要能躲过眼前这一关这一劫怎么样都行，待魏军一撤，他又能在辽东东山再起，现在看来司马懿已识破了他的心思，丝毫不给自己留后路，公孙渊无奈，只得冒死突围，这正是司马懿希望的，他下令纵兵追击，追至梁水把公孙渊击杀，有的史书附会说，杀公孙渊的具体地点就是那颗白色流星坠落的地方。