北魏皇帝命令将领们分路并进：永昌王拓跋仁从洛阳赶赴寿阳，尚书长孙真赶赴马头，楚王拓跋建赶赴钟离，高凉王拓跋那从青州赶赴下邳，皇帝亲自从东平赶赴邹山。
十一月辛卯日，北魏皇帝抵达邹山，鲁郡太守崔邪利被北魏擒获。北魏皇帝看到秦始皇留下的石刻，派人把石刻推倒，用太牢（牛、羊、猪各一头）祭祀孔子。
北魏楚王拓跋建从清河西岸进军，驻守萧城；步尼公从清河东岸进军，驻守留城。武陵王刘骏派遣参军马文恭领兵赶赴萧城，江夏王刘义恭派遣军主嵇玄敬领兵赶赴留城。马文恭被北魏军队击败。步尼公遇到嵇玄敬后，领兵赶赴苞桥，想渡过清河到西岸；沛县百姓烧毁苞桥，夜里在树林中击鼓，北魏军队以为南朝宋大军赶到，争相渡过苞水，淹死的人将近一半。
宋文帝下诏任命柳元景为弘农太守。柳元景派薛安都、尹显祖先领兵到陕城与庞法起等人会合，自己在后方督促粮草运输。陕城地势险要坚固，各路军队攻打不下。北魏洛州刺史张是连提率领两万部众越过崤山救援陕城，薛安都等人与他在陕城南面交战，北魏出动精锐骑兵冲锋，南朝宋各路军队抵挡不住；薛安都大怒，摘下头盔，脱下铠甲，只穿着深红色的两当衫（古代军服），战马也卸下铠甲，瞪着眼睛、横持长矛，单骑冲入北魏军阵；他所向无敌，北魏士兵从两侧射箭都射不中他。这样冲锋了多次，杀死杀伤的北魏士兵数不胜数。恰逢日落，南朝宋别将鲁元保领兵从函谷关赶到，北魏军队才撤退。柳元景派遣军副柳元怙率领两千步兵、骑兵救援薛安都等人，夜里抵达，北魏军队没有察觉。第二天，薛安都等人在陕城西南列阵。曾方平对薛安都说：“如今强敌在前，坚城在后，今天就是我们拼死的日子。你要是不前进，我就杀了你；我要是不前进，你就杀了我！” 薛安都说：“好，你说得对！” 于是双方展开激战。柳元怙领兵从南门击鼓呐喊着直冲而出，旌旗招展，气势盛大，北魏士兵大为震惊。薛安都挺身而出，奋力杀敌，鲜血凝固在肘部，长矛折断了，就换一把再冲进去，各路军队也一起奋勇作战。从清晨到午后，北魏军队大败，斩杀张是连提及将士三千多人。其余北魏士兵坠入黄河和壕沟而死的很多，两千多人投降。第二天，柳元景抵达陕城，责备投降的北魏士兵说：“你们本来是中原百姓，如今却为胡虏卖力，打不过才投降，为什么？” 投降的人都说：“胡虏逼迫百姓作战，后出发的人会被灭族，用骑兵逼迫步兵前进，没打仗就先死了，这是将军您亲眼所见的啊。” 将领们想把投降的人全部杀掉，柳元景说：“如今朝廷大军北上，应当让仁爱之声先传遍中原。” 于是把投降的人全部释放遣返，他们都喊着 “万岁” 离去。十一月甲午日，南朝宋攻克陕城。
庞法起等人进攻潼关，北魏守将娄须弃城逃走，庞法起等人占据潼关。关中地区的豪杰到处起兵响应南朝宋，四周山区的羌人、胡人也都前来归附。
宋文帝因王玄谟战败撤退，北魏军队深入国境，认为柳元景等人不宜单独进军，于是将他们全部召回。柳元景派薛安都担任后卫，领兵返回襄阳。文帝下诏任命柳元景为襄阳太守。
北魏永昌王拓跋仁攻打悬瓠、项城，攻克两地。文帝担心北魏军队进攻寿阳，召刘康祖率军返回。十一月癸卯日，拓跋仁率领八万骑兵在尉武追上刘康祖。刘康祖有八千部众，军副胡盛之想依托山地险要从小路撤退，刘康祖愤怒地说：“我们到黄河边寻找敌人，却没见到踪影；如今敌人自己送上门来，怎么能躲避！” 于是把战车结成营垒前进，向军中下令：“敢回头观望的人斩首，敢后退的人砍脚！” 北魏军队从四面围攻，南朝宋将士都拼死作战。从清晨到黄昏，杀死北魏士兵一万多人，鲜血淹没了脚踝，刘康祖身上受伤十处，斗志却更加旺盛。北魏把军队分成三部分，轮流作战、休息。恰逢日落时分刮起大风，北魏士兵骑着马背着草焚烧南朝宋的车营，刘康祖随时修补营垒的缺口。一支流箭射中刘康祖的脖子，他坠马而死，残余部众无法继续作战，于是溃散，北魏军队追击，几乎将他们全部杀光。
南平王刘铄派左军行参军王罗汉率领三百人驻守尉武。北魏军队抵达后，王罗汉的部下想向南依靠低矮的树林自保，王罗汉因接受命令驻守这里，不肯离开。北魏军队进攻并擒获了他，用锁链锁住他的脖子，让三郎将（北魏官职）看守；王罗汉夜里砍下三郎将的头，抱着锁链逃奔盱眙。
北魏永昌王拓跋仁进逼寿阳，焚烧劫掠马头、钟离两地，南平王刘铄环城固守。
北魏军队驻守萧城，距离彭城只有十几里。彭城的军队虽然人数多，但粮食少，太尉江夏王刘义恭想放弃彭城南撤。安北中兵参军沈庆之认为历城兵少粮多，提议组成 “函箱阵”（一种严密的车阵），用精锐士兵在外侧护卫，护送江夏王、武陵王及王妃、公主直接赶赴历城；分兵给护军萧思话，让他留守彭城。太尉长史何勖则想率军席卷物资逃往郁洲，从海路返回京城。刘