六月，司马懿率牛金、胡遵等四万人，经孤竹，越碣石，到达辽东。
公孙渊命大将军卑衍、杨祚统率步、骑兵数万人，驻扎在辽隧（今辽宁海城市西北高坨子附近），依辽水挖掘了长达二十余里的壕沟，坚壁高垒，阻击魏军。
卑衍出战，司马懿派胡遵迎击。
两军对战，卑衍大败，退回营寨坚守。
魏军将领们纷纷请求出兵，乘胜攻打敌军营垒。
司马懿说：“敌人坚守壁垒，不出城决战，就是打算拖死我军。如果现在攻城，正中其计。古人曰：‘敌虽高垒，不得不与我战者，攻其所必救也。’敌人主力在此，老巢必定空虚，不如我军直指襄平，敌人必然惊惧，惧而求战，必能攻破。”
于是，司马懿声东击西，命魏军在南线打出许多战旗，佯攻围堑，吸引敌军主力。
卑衍等人中计，调动经锐部队，防守南线。
司马懿自己则率大军暗中渡过辽河，向北挺进，直扑襄平。
卑衍等人闻讯大惊，急忙连夜撤军，赶往襄平增援。
魏国大军进抵首山（今辽宁辽阳市西南十五里），公孙渊果然命卑衍等人截击。
司马懿对诸将说：“我之所以不攻其营，正是要等现在的局面。”说完，指挥魏军迎头痛击，大败卑衍，三战皆捷，乘势进军包围襄平。
此时正值七月，连降大雨，辽河暴涨，运粮船队可以从辽口直抵城下。
大雨下了一个多月，还没有停下的迹象，平地积水深达数尺。
魏军上下都有些心慌起来，纷纷建议迁移营垒。
司马懿不许，下令军中：“有敢说迁营者斩！”
都督令史张静违抗命令，被斩。
魏军见司马懿意志坚决，军心也慢慢安定下来。
公孙渊军依仗水势，像平常一样，砍柴牧马，毫不顾忌。
魏军将领们纷纷请战，想要俘获他们，司马懿都不准许。
司马陈圭不解，问司马懿：“从前攻打上庸，八支部队同时进发，日夜不停，所以才用十六天时间，就攻下坚城，斩杀孟达。可令我疑或的是，这次远征，怎么反而气定神闲，行动迟缓呢？”
司马懿说：“孟达兵少，但存粮可支撑一年，我军将士四倍于孟达，但粮食不能支持一个月。以一个月攻打一年，不快速行吗？以四个兵士攻击一个敌人，即使丧失一半，只要最后能够攻克，都应当去做，所以，当时不顾死伤，强行进攻，是与粮食竞争啊。如今敌众我寡，敌饥我饱，雨水又大，功力施展不开，虽说应当速战速决，可又能干什么呢？自打从京师出发那一刻起，我们都不担心敌人进攻，唯恐敌人逃走。现在敌人的粮食眼看就要耗尽，可是我们的包围还没完成，如果抢掠他们的牛马，抄袭他们的樵夫，这不是故意B迫他们逃走吗？用兵是一种诡诈的行为，要善于随机应变。敌人凭仗人多，倚仗雨大，虽然饥饿窘困，却不肯束手投降，此时我们就应当装得很无能的样子，让他们安心，稳住对方。如果贪图小利，却把他们惊吓跑了，这可不是好的计策。”
魏国朝廷听说大军遇雨，一致建议退兵。
曹叡没同意，说：“司马懿有能力应对危局，捉住公孙渊指日可待。”
月余，大雨终于停息。
司马懿随即完成包围，高堆土山，深挖地道，利用井栏、橹车、钩梯、冲车等器械，飞箭、投石密集如雨，日夜攻城。
公孙渊粮食已尽，形势窘迫，甚至出现人杀人相互蚕食的惨状，魏军又昼夜强攻不停，死者不计其数。
公孙渊部将杨祚等人坚持不住，潜逃出城，投降司马懿。
一天晚上，一颗长约十丈的大流星，从首山的东北面，坠入了襄平的东南面。
襄平城顿时陷入恐慌之中，公孙渊的心里也开始慌乱了。
八月，公孙渊派相国王建、御史大夫柳甫来见司马懿，请求解围退兵，许诺只要魏国同意解围，辽东君臣定当自缚投降。
司马懿不听，斩了来使，用檄文通知公孙渊说：“楚国和郑国地位相等，可是郑伯还得光着脊背，牵着羊出城迎降。我是天子的上公，而王建等人是何货SE，就想要我解围后退，难道不失礼吗？这两个老糊涂，传个话都传不明白，已被我杀掉。你如果还有请降之意，就另派年轻聪明点的人来。”
公孙渊又派出侍中卫演，请求指定日期，送来人质，以表诚心。
司马懿对卫演说：“军事大要有五条，能战则战，不能战就坚守，不能坚守就逃走。剩下两条路，就只有投降和死了。公孙渊不肯自缚面降，这是决心去死嘛，没必要送什么人质来。”
魏军继续攻城，襄平城破，公孙渊全军溃败。
公孙渊和儿子公孙修带着数百骑兵，从东南方向突出重围，狼狈逃走。
魏军随后追击，穷追不舍，在流星坠落的梁水岸边，斩杀了公孙渊父子。
司马懿率军进入襄平城，诛杀城中公卿以下官吏及兵民七千余人，积尸封土，筑成大坟。
辽东、带方、乐浪、玄菟四郡全部平定。
司马懿派人，堆土加高先前劝阻公孙渊反叛而被杀的纶直等人的坟墓，褒扬他们的子弟。
又从狱中释放了魏国任命的辽东太守，后来被公孙渊囚禁的叔父公孙恭。
那些流落到辽东的中原人，有想要返回故里的，司马懿也听任自便。
处理完这些事请后，司马懿班师回朝。
公孙渊的哥哥公孙晃，当初作为公孙恭的人质，一直住在洛阳。
公孙渊还未反叛时，公孙晃几次向朝廷报告了公孙渊的不良举动，还建议魏国出兵讨伐。
后来公孙渊叛乱，公孙晃理应受到牵连。
魏明帝曹叡不忍心把公孙晃在街市斩首，打算下狱处决。
廷尉高柔上书说：“我听说公孙晃以前多次自动归附，报告过公孙渊已萌生祸心。他虽然是凶犯的宗族至亲，但其本心无错，是可以宽恕的。从前，孔丘曾经明察司马牛的忧虑，祁奚曾经指明叔向没有过失，这都是古代的美好义行。我认为，如果公孙晃确实有过举报，应免他一死，如果他没有告发，就应当在街市上斩首示众。如今是宽容他又不赦免其新命，责罚他又不公开其罪状，只是命他在狱中自杀，岂不是要让天下各地都怀疑我们的做法吗？”
曹叡不听，派使节给公孙晃及其一家妻小送去掺有金屑的酒，命其饮下毒杀，然后赏赐棺材丧衣，埋葬在公孙晃的住宅。
第二年四月，吴督军使者羊衜、郑胄及将军孙怡才率兵赶到辽东，但此时辽东早已平定，于是袭击魏守将张持、高虑等，俘掠当地百姓而归。
