慕容超逃回广固，把外城里的人都迁入小城里固守，因为南燕向后秦称臣，后秦为南燕的宗主国，于是，派他的尚书郎张纲向姚兴请求援兵。慕容超召见群臣，下罪已诏，诏曰：“皇帝慕容超，诏告天下，朕继承先人之大业，不辨忠奸，弃用贤良，却刚愎自用，至有刘裕入侵，社稷处于危难之中，然覆水难收，后悔莫及！诗云疾风知劲草，板荡识忠臣，望群臣众策众力，及危而能持，颠而能扶，奸宄具歼，仰愤时难，俯悼横流，投袂一麾，共渡时艰，拯国家于危难，捥社稷于将倾，复大燕之荣光。”诚否终必泰，兴废有期。
同时放了慕容镇，进而升录尚书事、都督中外诸军事。对慕容镇谢罪说：“后悔当时没有听从你的话，才有今日之败，今以举国之兵付之于你，望能看在慕容氏前人的面上接受任命。”
主力被歼，军心焕散，急需一场胜利挽回，可现在的局势敌强我弱，又被围在城中，如何能取得胜利，慕容镇赌气进言说：“百姓的心都在陛下一个人身上。陛下既已亲自率领军队，自己首先败阵逃跑，群臣没有了信心，士人庶民都灰心丧气，内外的形势已经再也没有凭靠了。如令后秦自己有内患，恐怕来不及分出兵力救援别人，我们正当再决一战，来争天命。现在回来的散兵还有数万人，可以把金帛、宫女全都拿出来犒赏大家，以此引导和命令大家去战斗。上天如果帮助我们，就足以击破来贼。如果不成功，死了也值得，不能关起门坐等敌人包围攻打。”
慕容镇孤注一掷的赌命做法引起朝臣的反对，司徒慕容惠说：“不然。现在晋军乘着胜利，气势逼人，我们这些败军之将，怎么能够抵御他们！现在是群雄纷争，天下形势变化无常，为今之计，先固守广固，等待援兵，后秦虽然和大夏赫连勃勃相持，但是还不足为患。况且秦燕二国联合抗敌，已经成了唇齿相依的形势，现在我们有外患，后秦一定会来救援。”
六月十九日，晋军攻陷广固城外城，慕容超收缩残部，退保内城，不久，刘裕的军队围攻广固城，四边合围。修筑了三丈高的长墙，并挖掘了三道深沟，工程完工后，连只老鼠也没法进出。
广固内城极其坚固，慕容氏经营多年，粮草兵器贮备充足，短时间内没有被攻破的危险，慕容超经过几天的休整，情绪略有恢复，开始设法动员朝臣与士兵：“刘裕残暴，如果城破，鸡犬不留，我等只有死战得胜才有生机，昔汉高袓数困于项羽，司马懿有上方谷之难，而终有天下，为什么，因为有天命眷顾，今蝌蚪天书入我大燕，天命必可佑我，只要我们能坚守数月，天下形势有变，刘裕必然会被我们所擒获。刘裕不仁，城破之日，玉石俱焚。”随着慕容超的鼓动与对失去生命的恐惧，广固城内人人奋勇死战，士气有所恢复。
晋军大帐内，刘穆子与近水共议破城之法，刘穆子虚心问道：“广固城恐我方胜后屠城，人人自危，若强攻士卒死伤必重，仙师有何法破之？”近水思考了一下，给刘穆之讲解了毛泽东的统一战线思想，团结大部分可以团结的力量，对付一小耸顽固的敌人，现在，最顽固的敌人就是慕容氏家族，其它人只要给予出路，他们一定可以倒向我们的阵型的。
刘裕得计后派人招降南燕各地守臣，量才录用，南燕各级官员不管是汉人还是胡人，除了慕容家族，对刘裕都已心悦诚服，又见慕容家大势已去，大多投降了晋军，更有很多北方民众早已不满慕容超的残暴统治，自行携带武器粮食，前来投奔刘裕大军，日夜不绝，有了这样坚实后盾，刘裕吩咐停止从江淮转运粮草，全军就地筹集给养，不久，南燕的尚书垣尊和京兆太守垣苗也找了空子翻墙出来投降，刘裕立即将二人任命为参军，并在城下绕城一周，高声宣布任命，给没有投降的人竖立榜样。
七月，南燕前往后秦的第一拨使团回来了，没有带来援兵，而且尚书张纲走到泰山郡时，就让晋军逮住，进了战俘营，张纲为当世第一能工巧匠，善于制作各种攻城的机械，有人告诉刘裕的军队说：“如果得到张纲攻城，城市就能攻下来。”刘裕亲自向张刚劝降，并以工部侍郎的职位相许，张尚书见很多兄弟当了参军，侍郎职位只比南燕的尚书低一职，大公司的中层好于小公司的高层，这道理张刚自然懂得，干脆就降了刘裕。刘裕让张纲绕着城市大声呼喊说：“赫连勃勃大破秦军，秦军自顾不瑕，没有救兵来援救我们了。”慕容超恼怒，用暗箭射他，张纲退走后日夜开工为刘裕建造攻城机械。右仆射张华、中丞封恺都被刘裕的军队抓获，归降刘裕。
刘裕让张华、封恺写信给慕容超，劝说慕容超及早投降。慕容超就给刘裕送来一封信，请求让他做藩臣，以大岘为边界，并且进献一千匹马，以通和好。战场形势大好，大燕的国土原来就是晋国的，能得到整个国土的怎么会满足于收回部分？刘裕不同意，江南的增援部队接连而至。
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