混战之中，夏侯霸一刀斩卑衍于马下，辽兵大乱。夏侯霸驱兵掩杀，公孙渊引败军退入襄平城，闭门坚守不出。
魏军四面围住襄平城，此时正值秋雨连绵，雨下了一个月，平地水深三尺，运粮船从辽河口直到襄平城下。
魏兵不擅水战，此时都在水中，军心不稳。左都督裴景入帐对司马懿说：“雨水不住，营中泥泞，军不可停，请移于前面山上。”
司马懿怒道：“捉公孙渊只在旦夕，安可移营？如有再言移营者斩！”
裴景只好退下。过了一会，右都督仇连又来劝：“我军不擅水战，若此时徐盛率楚地水军来救，则我军危矣。请移营高处。”
司马懿喝道：“吾军令已发，汝何敢故违！”
司马懿即命人将其推出斩首，首级悬挂在辕门外，于是军心震慑。
司马懿遣人回洛阳催粮，曹叡设朝，群臣都奏道：“近日秋雨连绵，一月不止，人马疲劳。更兼南方用兵，国中屯粮所耗甚巨，可召回司马懿，权且与公孙渊罢兵。”
曹睿却说：“司马仲达善能用兵，临危制变，多有良谋，捉公孙渊计日而待。卿等何必忧也？”
曹睿于是不听群臣之谏，派人运粮到司马懿军前。
司马懿在大寨中谋划军机，又过了几天，雨停了天晴了。这天夜里，司马懿到帐外，仰头观星象。忽然见到一颗陨星，拖着数丈长的光芒，坠到襄平城东南。
各营将士都对此感到无比惊骇，司马懿见了却大喜，对众将说道：“五日之后，星落处必斩公孙渊矣。来日可并力攻城。”
魏军昼夜强攻，襄平城内粮尽，死者无数，公孙渊大将杨祚等人投降。而田豫、徐盛等将早根据韩玄指示，拒守各要塞，没有来救援公孙渊，公孙渊惊惧万分。
八月，公孙渊派王建、柳甫请求解围，司马懿斩杀使者，发布檄文严责公孙渊。公孙渊又派卫演来请求定期送还人质，司马懿拒绝人质。公孙渊于是准备从城南突围，司马懿纵兵击破突围之军，公孙渊战死在梁水边上。
入城后，司马懿下令屠杀十五岁以上男子七千多人，收集尸体，筑造京观。而后又把公孙渊所任公卿以下一律斩首，杀死将军毕盛等二千多人，收编百姓四万户，迁入幽州上谷、渔阳等地。