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六月，司马懿军至辽东，公孙渊派大将军卑衍、杨祚将步骑兵数万屯驻辽隧，修筑防御工事二十余里，诸将想要进攻，司马懿说：“贼军之所以坚壁以待，就是想把我们拖死，如果去进攻，正好中了他的计。况且贼军大部队在此，巢穴空虚，我们直指襄平，一定将他们击破！”于是制作大量旗帜，虚张声势，假装要向南迂回，卑衍等尽出精锐，向南阻截。司马懿秘密率军向北，渡过辽水，直扑襄平。卑衍恐惧，连夜回撤。魏军进至首山，公孙渊再派卑衍迎战，司马懿攻击，大破卑衍军，于是包围襄平。
秋，七月，连日大雨，辽水暴涨，运输船从辽口可以直接开到城下。大雨下了一个多月，还不停止，平地水深数尺，三军恐惧，想要转移军营，司马懿下令军中：“敢言移营者斩！”都督令史张静违反禁令，被斩，军心才安定下来。襄平城中仗恃有洪水保护，出城打柴放牧，泰然自若，诸将又想去攻击那些打柴放牧的人，司马懿不许。司马陈珪说：“当年攻打上庸，八部俱进，昼夜不息，所以能在半月之内，就拔坚城，斩孟达。如今远道而来，反而更加安然缓慢，我实在是看不懂！”司马懿说：“孟达兵少，而粮食足够支持一年；我们的兵力四倍于孟达，而粮食不够支持一个月，一个月对一年，怎么能不速战速决？我们四个打敌人一个，就算是损失一半，只要能攻克，也应该去做。所以，当时我不记死伤，那是在和粮食赛跑。如今呢，贼众我寡，贼饥我饱，况且洪水不退，要攻城也没法攻，着急什么呢？我从京师出发以来，从来不担心贼军进攻，只担心他们逃走。如今贼军粮食将尽，而我们的包围圈还未完成，这时候去抢他的牛马，打他的樵夫，这不是撵他们走吗？用兵是诡秘之道，要因事而变化，贼军仗着人多，又有大雨，所以虽然又饥又困，还不肯投降，我们应该示弱，让他们安心；不应该为了牛马樵采一点小利而惊动他们，这不是正确的做法。”
朝廷听说大军遇到雨季，大臣们都想要撤军，皇帝说：“司马懿临危制变，擒获公孙渊，指日可待！”
雨停了，司马懿于是完成包围圈，堆土山，挖地道，做盾牌，造楼车、冲车、云梯，昼夜攻城，矢石如雨。公孙渊窘急，粮食吃尽，开始人吃人的惨剧，死者众多，其将领杨祚等投降。八月，公孙渊派相国王建、御史大夫柳甫来见司马懿，请求解出包围，大军稍往后退，公孙渊君臣将捆绑自己，出城投降。司马懿下令将二人处斩，檄书告诉公孙渊说：“楚庄王包围郑国，二国是平等的列国，宋伯尚且自己肉袒牵牛羊迎降，我乃天子上公，而王建等居然要我解围后退，他们懂礼貌吗？二人老糊涂，传达你的话，却不能正确表达你的意思，我已经替你把他们斩了。如果你还有别的话要说，可以再派年轻的，脑子清楚一点的人来。”公孙渊再派侍中卫演，乞求定一个日子，送儿子为人质。司马懿对任演说：“军事大要，就五种情况：能战则战，不能战则守，守不住则走，另外两个，就是投降与死亡而已。你不肯把自己绑了来投降，那就是已经选择了死亡，不需要送什么人质！”
八月二十三日，襄平陷落，公孙渊与儿子公孙脩率数百骑突围，向东南方向逃走，大兵急速追击，斩公孙渊父子于梁水之上。司马懿进入襄平城，诛杀公孙渊政权公卿以下及军民七千余人，尸体堆积成山，再以土覆盖，称为“京观”。辽东、带方、乐浪、玄菟四郡全部平定。
公孙渊将反之时，将军纶直、贾范等苦谏，被公孙渊诛杀。司马懿于是为纶直等坟墓封土加高，显荣他们的子孙，又释放公孙渊的叔父公孙恭。中原人士想要回到故乡的，自由返回。于是班师回朝。
当初，公孙渊的哥哥公孙晃，在公孙恭在位时，作为人质被送到洛阳。在公孙渊还未反之时，数次陈说公孙渊将反，想要让国家征讨。等到公孙渊谋逆，皇帝不忍心将他在街市上斩首，想在狱中行刑。廷尉高柔上书说：“我听说公孙晃数次要求归附国家，举报公孙渊将要萌生祸乱，他虽然是罪犯家族，但他的本心可以宽恕。当初孔子安慰司马牛不必忧惧（司马牛的哥哥凶逆，将要掀起变乱，司马牛忧惧，孔子安慰他说：‘只要自己问心无愧，就不必忧惧。’），祁奚也指出羊舌肸（xi）没有过错（他的哥哥因为政治原因被处死），这两件事，在古代都是美义。臣以为，公孙晃有言在先，应该宽免他的死罪。如果他之前没有表明态度，那就应该绑到街市，公开处决。如今进不能赦免他的性命，退不能公开他的罪名，在监狱里不明不白的逼他自杀，这会让四方各国，批评我们的做法。”
皇帝不听，派使者带着金屑毒酒，强迫公孙晃和他的妻子喝下，赐给棺木寿衣，就葬在公孙晃家里。
