沈田子等人准备进攻峣柳。后秦主姚泓想亲自率军抵御刘裕的大军，又担心沈田子等人从后方袭击，于是想先击败沈田子等人，然后倾全国之力向东进军；他率领几万步兵、骑兵，突然抵达青泥。沈田子本来只是作为迷惑敌人的疑兵，所统领的士兵只有一千多人，听说姚泓率军到来，准备进攻；傅弘之认为兵力悬殊，劝阻他，沈田子说：“用兵贵在出奇制胜，不一定在于人多。况且如今我们与敌人兵力悬殊，形势上已无退路， 如果敌人加固包围圈，我们就无处可逃了。不如趁他们刚到，营阵还没布好，先逼近进攻，或许能立下战功。” 于是率领所部士兵率先进攻，傅弘之随后跟进。后秦军队将晋军团团包围了好几层。沈田子安抚士兵说：“各位冒险远道而来，正是为了今天的战斗，生死存亡在此一举，封侯的功业就在今天了！” 士兵们都踊跃呐喊，手持短兵器奋勇进攻，后秦军队大败，被斩杀的士兵有一万多人，晋军缴获了姚泓的车驾、服饰等御用物品，姚泓逃回灞上。

起初，刘裕因沈田子等人兵力较少，派遣沈林子率军从秦岭前往支援，等沈林子到达时，后秦军队已经战败，于是两人一起追击姚泓，关中各郡县大多暗中向沈田子表示归附。

辛丑日，太尉刘裕抵达潼关，任命朱超石为河东太守，让他与振武将军徐猗之在黄河以北与薛帛汇合，共同进攻蒲阪。后秦平原公姚璞与姚和都一起进攻他们，徐猗之战败身亡，朱超石逃回潼关。东平公姚赞派遣司马国璠引领北魏军队，跟在刘裕大军后方，伺机袭击。

王镇恶请求率领水军从黄河进入渭水，奔赴长安，刘裕同意了他的请求。后秦恢武将军姚难从香城领兵向西撤退，王镇恶追击他；后秦主姚泓从灞上领兵返回，驻守石桥作为姚难的援兵，镇北将军姚强与姚难合兵驻守泾水岸边，抵抗王镇恶。王镇恶派遣毛德祖进军攻击，击败了姚强、姚难的军队，姚强战死，姚难逃往长安。

东平公姚赞撤退驻守郑城，太尉刘裕进军逼近他。姚泓派姚丕守卫渭桥，胡翼度驻守石积，东平公姚赞驻守灞水以东，姚泓自己驻守逍遥园。

王镇恶逆着渭水向上游进军，乘坐蒙冲小舰（一种高速战船），划船的人都藏在舰内；后秦人看到战船前进却没有划船的人，都惊奇地认为是神仙下凡。壬戌日早晨，王镇恶抵达渭桥，命令士兵吃完饭，都拿着兵器登岸，后登岸的人斩首。士兵们全部登岸后，渭水水流湍急，战船都顺着水流漂走，很快就不见了踪影。当时姚泓率领的军队还有几万人。王镇恶告诫士兵说：“我们这些人的家都在江南，这里是长安的北门，离家有万里之遥，船只、衣服、粮食都已经顺着水流漂走了。现在进军作战如果获胜，就能功成名就、名声显扬；如果失败，就会尸骨无存、不能回家，没有其他选择了。你们努力吧！” 于是王镇恶亲自带头冲锋，士兵们踊跃争先，在渭桥大败姚丕的军队。姚泓领兵救援姚丕，却被姚丕的败兵踩踏，军队没交战就溃败了。姚谌等人都战死，姚泓独自骑马返回皇宫。王镇恶从平朔门进入长安，姚泓与姚裕等几百名骑兵逃往石桥。东平公姚赞听说姚泓战败，领兵赶去救援，军队却全部溃散离开。胡翼度向太尉刘裕投降。

姚泓准备出城投降，他的儿子姚佛念，年仅十一岁，对姚泓说：“晋人将会肆意满足他们的欲望，我们即使投降也必定不能幸免，不如自杀。” 姚泓怅然若失，没有回应，姚佛念登上皇宫的城墙，跳墙自杀而死。癸亥日，姚泓带着妻子儿女、文武大臣前往王镇恶的营门请求投降，王镇恶把他们交给下属官吏看管。长安城中有少数民族和汉族百姓六万多户，王镇恶以朝廷的恩德安抚慰问百姓，号令严格，百姓安居乐业。

九月，太尉刘裕抵达长安，王镇恶在灞上迎接他。刘裕慰劳王镇恶说：“成就我霸业的人，就是你啊！” 王镇恶拜了两拜道谢说：“这是明公的威望、各位将领的力量，我王镇恶有什么功劳呢！” 刘裕笑着说：“你是想学冯异（东汉开国功臣，以谦逊不居功闻名）吗？” 王镇恶生性贪婪，后秦国库充实，他盗取的财物多得数不清；刘裕因为他功劳大，没有追究。有人向刘裕进谗言说：“王镇恶藏匿了姚泓的皇帝车驾，将会有谋反的心思。” 刘裕派人暗中观察，发现王镇恶只是刮取了车驾上的金银，把车驾丢弃在墙边，刘裕这才安心。

刘裕收缴后秦的礼器、浑仪（天文观测仪器）、土圭（测日影定节气的仪器）、记里鼓车（计算里程的车）、指南车，送往建康。其余的金银、丝绸、珍宝，都赏赐给将士们。后秦平原公姚璞、并州刺史尹昭献出蒲阪投降，东平公