晉大司馬桓溫於正月二十一日誓師出征，舟師五萬下廣陵，再由長江入樊良湖（今高郵湖）、河道輾轉入破釜塘（今洪澤湖），二月初四抵達淮陰，田洛、蔡廣、魏乾這些北府將領已經各率本部士卒五萬餘人在淮陰集結待命，徐、兗二州刺史郗愔為共獎王事，督所部五千步騎隨同參戰，如此，晉軍步騎十二萬，水陸並進，經洪汝河、泗水，逆行至徐州彭城，此時是二月十五。
在彭城，桓溫接到穎川太守高柔的緊急軍情，道是慕容垂來歸，桓溫大喜，急召桓沖、郗愔、桓熙、陳操之、桓石秀、桓石虔、謝玄、朱序八人入軍帳議事，示以高柔急報，道：「慕容垂來歸，燕失一臂，此天助我也，此次北伐，不能建大功，吾誓不回還！」
桓溫這次是盡傾江東之力，期以必勝，現在更得慕容垂歸附的消息，自是精神大振，是以說出不建大功則不歸的誓言。
陳操之、謝玄、朱序齊賀，說大軍甫發，便有敵酋來投，此桓公威望所致也。
桓溫大悅，目視陳操之，說道：「此陳掾奇謀也，吾原以為慕容垂會北逃龍城，未想其不能渡河，只有南奔，哈哈，此人吾必厚加恩恤，收服燕眾，此人有大用。」
桓溫環視桓沖八人，說道：「慕容垂奔穎川，燕軍慕容德、慕容築率軍兩萬圍攻穎川，太守高柔告急，我將親領大軍往穎川救之，司州刺史桓熙率北府軍依原定行軍路線向黃河進發——」
桓溫的謀劃是，他與五弟桓沖、徐、兗二州刺史郗愔率眾五萬經汴水往陳留、汝南，會合袁真所部攻許昌、汝陽，略取淮北、河南之地，圍攻穎川的慕容德、慕容築聞知晉軍大舉北伐，必解穎川之圍，固守各自城池，等待河北援軍；而北府軍這六萬精銳，則經金鄉、巨野，由清水入黃河，直逼燕都鄴城——
計議已定，桓溫、桓沖、郗愔引軍往西，以建威將軍檀玄為先鋒，率勁卒五千先行，荊州軍的朱序率水軍三千沿汴水逆流而上，謝玄領五千荊州水軍聽命於北府軍——
二月二十七日，桓熙率大軍六萬離開彭城，經昭陽湖至金鄉，這條行軍路線可謂得天時地利，若是去年乾旱之際，往巨野的水路就會斷絕，就算是夏秋枯水期，水淺也無法行船，而現在正是二月春暖，去年底的大雪融化後山澗溪流匯聚，春水湯湯，行船便利，不愁漕運，雖是一路往北，但因為是由春入夏，氣候漸暖，長途行軍亦不為苦，若是夏季北伐，北土早寒，晉軍裘褐少，若不能一戰成功，則極易被嚴寒拖垮——
桓熙、謝玄諸人乘船經水路赴金鄉，陳操之、桓石秀引四萬步騎出徐州，以段思、冉盛的三千重騎兵為先鋒，進攻沛縣，這將是此番北伐的第一戰。
沛縣守將為燕東寧將軍慕容忠，有步騎三千，糧草充足，早得探報知道晉軍大舉北伐，心知寡難敵眾，決定固守待援——
三月初一，陳操之率軍逼近沛縣，屯兵棲山下，斥候來報，慕容忠將城周民戶盡數遷入城中，意欲堅守，陳操之與桓石秀騎馬察看沛縣城池，見其城牆不甚高峻雄厚，回到軍帳後便召集段思、冉盛、田洛、蔡廣諸將，決定強攻沛縣。夜裡先命軍士以射程達兩百步的大黃弩將數百封勸降帖子射入城中，鼓動城中漢人叛亂，又聲明燕國慕容垂已歸降，來動搖鮮卑守軍的軍心，次日一早，東、南、北三門一齊發動猛攻，飛橋、雲梯、巢車、拋石車蜂擁而上，以倚多為勝，慕容忠見晉軍勢大，城中漢民大戶亦有騷動跡象，心知沛縣難守，當機立斷，決定突圍退往黃墟、浚儀一帶與慕容築會合，此時沛縣四門有三門遭強攻，獨西門網開一面，慕容築雖知西門必有伏兵，但也只有硬著頭皮往西沖，在泗水亭一帶與段思、冉盛所領的三千重騎兵相遇，慕容忠望著陽光下金屬色澤閃耀的這支甲騎具裝，大為吃驚，這種人和馬俱有裝甲的重騎兵乃是他鮮卑軍獨有，晉人何時有了這樣的軍隊！
未等慕容忠從震驚中回過神來，數里外的那支堅盔韌甲寒芒閃閃的重騎兵開始衝鋒了，鐵蹄奔騰，來勢極快，既似鋼鐵長牆、又似金屬狂潮，所過之處，大地震顫，好比雷神戰車際天而來——
慕容忠手下是一千輕騎兵、兩千步卒，他心裡很清楚，在平原開闊地，面對這樣的重騎兵，無險可據的輕騎步卒根本無法抵擋重騎兵的衝鋒，當即喝命步卒散開，他則引一千輕騎往西南奔逃，意欲繞過這支重騎兵，未想前方又有一彪軍攔路，旌旗獵獵，卻是晉龍驤將軍田洛所部——
慕容忠腹背受敵，一千輕騎被段思、冉盛率領的三千重騎兵一個衝鋒即剿殺近半，隨後重騎兵退出戰場，由田洛的步卒來收拾殘局，慕容忠被生擒，三千步騎死傷近半，重傷者當即被田洛下令處死，余者皆為俘虜。
晉軍只用了三日就攻拔沛縣，北伐第一戰告捷。
……
慕容垂叛逃的消息傳至鄴城，燕國朝野皆驚，也就在這同一日，晉大司馬北伐的消息六百里加急傳至鄴城，燕主慕容暐急召太傅慕容評、大司馬慕容臧商議對策，慕容評因為近日鄴中風評不利於他而惱怒，恨恨道：「陛下，慕容垂狼子野心敗露矣，他豈是為臣等所逼，他是早與桓溫有密謀，不然，何以桓溫兵發江左，慕容垂就率眾叛逃，若不是臣等機警，陳兵河北防備，慕容垂就將提兵殺入鄴城了！」
十六歲的燕主慕容暐搖了搖頭，問道：「此時內憂外患，晉軍壓境，太傅、大司馬有何對策？」
大司馬慕容臧是唯慕容評馬首是瞻的，慕容評道：「陛下不必憂慮，我大燕地跨萬里，帶甲百萬，豈是江東數州鄙陋貧瘠之吳蠻所能比，桓溫率眾遠來，必不能久戰。我大燕內奸已改露，朝野肅然，君臣一心，待我精銳鐵騎重挫桓溫疲卒，再乘勝追擊，一舉蕩平江東，看那叛賊慕容垂還有何面目見陛下！」
慕容暐當即遵慕容評所議以下邳王慕容厲為征討大都督，率步騎二萬渡河，於二月二十三日至浚儀，與慕容築軍匯合，慕容厲在浚儀整歇了兩日，率軍進屯黃墟，三月初二，得前方哨報，晉軍在淮陰兵分兩路，一路由桓溫親領正兼程往汝南、穎川而來，另一路由桓熙、陳操之所領，正進逼沛縣，沛縣危急——
慕容築請命率眾往救沛縣的慕容忠，征討大都督慕容厲不許，他已探知晉軍兩路各有五萬餘眾，而他與慕容築只有三萬餘眾，沛縣孤遠，救恐不及，不如堅守浚儀、黃墟，一面急報鄴都，請求增兵——
燕鎮南將軍趙弘原是晉南陽都護，後叛歸燕國，因受冷遇，心有不滿，前年陳操之自鄴城還江東，趙弘曾向陳操之暗示有意回歸江東，陳操之當時對趙弘說若趙弘懷故國之思，自有報國之路，期在明年——
趙弘揣測晉軍會在次年北伐，他若能倒戈一擊那麼回歸時就更有榮耀，但第二年晉軍未有任何北伐跡象，未想新年一過，桓溫的北伐大軍十萬餘眾就水陸並進而來，顯然是籌謀已久，而燕國因為慕容恪病逝、慕容垂叛逃，已有日薄西山之象，所以趙弘得知桓熙、陳操之的北府軍將至，心裡暗喜，向左中郎將慕容築請命，願領所部軍士三千助下邳王慕容厲鎮守黃墟，阻擊晉軍——
三月十八，北府兵前鋒段思、冉盛率領的三千重騎兵先期進抵杞縣，杞縣小城，守軍一戰即潰，俘獲的軍士中卻有一人稱奉燕鎮南將軍趙弘之命，欲求見陳操之，說有緊急軍情稟報，冉盛前年隨阿兄出使北國，但在回程時與沈赤黔分道去了洛陽，所以未在浚儀見過趙弘，這時聽這軍士說要見他阿兄陳操之，便問何事，那軍士只說趙將軍是陳司馬故人，有大事稟報，卻不肯對冉盛明說，冉盛便派人將這名軍士解送往陳操之處——
陳操之得知趙弘派人來，大喜，即引去見桓熙，呈上趙弘密信，桓熙卻道：「趙弘此人反覆無常，此時欲為內應，莫非有詐？」
陳操之耐心解釋前年在浚儀見趙弘時，趙弘即有悔過自新之意，此時北伐大軍至，趙弘有投誠之意絕不會有偽，速戰速決，拿下黃墟、俊儀，莫要等河北燕軍來援，那時則難攻矣。
桓石秀、謝玄皆贊成陳操之的判斷，而且趙弘助慕容厲守黃墟，待北府兵至黃墟城下，趙弘率部反叛，拿下黃墟城就易如反掌，兵不血刃，可大大減少我方軍士傷亡。
桓熙出征前曾得父親桓溫嚴囑，要善納陳操之等人的意見、切莫獨謀專斷，所以桓熙雖然意有不服，但桓石秀、謝玄等人皆如此說，也就依從陳操之之謀，親率精銳軍士三萬兼程趕往黃墟，要在燕國援軍到達前擊潰慕容厲。