魏军见数百名晋军推车登岸，不解其意，引颈观望。丁旿命每车上登士卒七人，在车辕上张设巨型盾牌，然后在阵中坚起白旄，这是车阵建好的信号，刘裕望见，又命宁朔将军朱超石率军两千携带大弩、利箭、短槊上岸，每辆战车又增二十名弩手。
魏军这才恍过神来，向晋军发动攻击。朱超石嫌魏军太远，命弩手先以软弓小箭射击，射之不远，中箭亦不死，魏军大笑，不为设备。长孙嵩接到消息，率骑三万前来助战，下令三面合围(阵后是黄河，只能围三面，但却月阵是弧形，任你三面来，我只守一面，这是却月阵的妙处之一)。
朱超石这才命令士卒改换强弓硬弩，猛射魏军，魏军死伤颇重。长孙嵩大怒，督促后军补充，踏尸而进，缩小包围圈。朱超石早有准备，箭也不用了，命士卒射短槊，用大锤锤击弩机，一射发三槊，一槊洞穿三、四名魏军。却月阵呈弧形，魏军虽多无用，仿佛排队受死，魏军从未受过如此重创，“一时奔溃，死者相积”。刘裕见魏军溃败，下令振武将军徐猗之率五千士卒登岸追击，徐猗之斩杀魏军大将阿薄干，追至越骑城，魏军援军赶到，包围徐猗之。徐猗之命令士兵用长戟结阵抵抗，与魏军展开肉搏。如此凶悍的晋军，久违了！不久朱超石率军推车赶到，再设车阵，魏军已经领略过车阵硬弩的厉害，胆气已破，前后相传，哄然而逃。
叔孙建、公孙表见此恶战，心惊胆战，滑台城内的王仲德击鼓而出，叔孙建、公孙表害怕被灭，急忙渡河而逃，刘裕也不阻击，任其渡河。刘裕在河上耀兵数日，魏军不敢接近黄河，刘裕打一巴掌揉三揉，派人给魏军主将长孙嵩送去米酒及江南点心，长孙嵩不敢食用，皆送往平城。拓跋嗣知道魏军惨败，乃命长孙嵩厚答刘裕，送上马肉羊酪之塞北食品，刘裕笑纳，命左右分为食之，以示不疑。拓跋嗣仍命魏军监视晋军行动，但长孙嵩等终怀恐惧，只是在河北摆摆样子，不敢接近黄河，刘裕遂安然西上。
却月阵之战，刘裕只动用七千七百步兵，却一举击败数万魏军，斩军杀将，迫使十余万魏军望河却步，不能不说是一则经典案例。
刘裕这里阻住魏军，王镇恶、檀道济一路进展得更加顺利，攻陷阳城、荥阳两城，与南路上来的沈林子合兵一处。后秦洛阳守将姚洸一面向长安方面求援，一面分兵扼守洛阳东部险要关隘。这些东西在王镇恶面前简直如同纸糊草扎的一般，遂斩将长驱而进，包围洛阳，姚洸见大势已去，出城投降。王镇恶并不在洛阳停留，直扑潼关。
在潼关前线，王镇恶做出部署，自己率部攻击潼关，命檀道济别攻蒲阪，又命沈林子负责殿后，保护粮道。后秦守将姚绍收集从中原溃退的后秦士兵，自己死守潼关天险。另外，姚绍知道晋军水师厉害，因此派遣别将率重兵把守蒲阪，阻水设阵，企图在关中最后一道防线上与晋军决战。
