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镇守寿阳的豫州刺史、皇四子南平王刘铄受命从中路挺进许、洛，刘铄派遣其部将中兵参军胡盛之进汝南，到坦之进上蔡，进攻长社（在今河南长葛东）。魏长社戍主、荆州刺史鲁爽弃城而逃。
既克长社，刘铄又派遣幢主王阳兒、张略等进据小索。魏豫州刺史仆兰从大索（在今河南荥阳）率领两千骑兵前去进攻王阳兒，王阳兒打败了魏军。到坦之等向大索挺进，荥阳人郑德玄、张和各自起义以响应王师，仆兰逃往虎牢。这时王阳兒也率军赶到，于是宋军占据大索；他们马不停蹄，乘胜进逼虎牢。
刘铄又派遣安蛮司马刘康祖率军增援到坦之。魏永昌王仁急忙率大军救虎牢，到坦之寡不敌众，败退；魏又趁势攻下悬瓠（因城北汝水屈曲如垂瓠而得名。在今河南汝南，时为南北战争要地，得之则置重兵戍守）和项城（在今河南沈丘，是宋陈郡治所）。
悬瓠、项城离寿阳不远，刘义隆担心南平王铄不能固守寿阳，急令向许、洛挺进的刘康祖回救寿阳，刘康祖于是急回军。在离寿阳数十里的尉武，他们遭遇永昌王所率领的八万骑兵。尉武戍戍主是南平王刘铄的部将左军行参军王罗汉。魏军逼近时，他的手下只有三百人。众人建议他放弃尉武戍，凭借旁边的那片低矮的树林以自固：“寇贼盛，三百人不足自守；南投树林，寇贼若至，可脱身。”王罗汉认为身受王命，不能轻易撤退；最终魏军攻尉武，守军箭尽力屈，败没。魏军法：活捉敌将，交给三郎大帅——即卫士，用铁索锁其颈脖。王罗汉被锁住颈脖后，趁着夜色抱着铁索砸死三郎大帅，然后抱着铁索一直逃回盱眙。
魏军已经占据了尉武戍，这时赶来的刘康祖只有八千人。军副胡盛之建议依据山险，抄小道奔向寿阳。刘康祖怒道：
“我等受命朝廷，清荡许、洛，如今魏寇送上门来，不烦远劳王师。犬羊虽多，不敌猛虎！我军兵精器利，且离寿阳不过数十里，援军不久将至，又有何忧！”
于是他下令军中：“回望者斩，转足者斩足！”
刘康祖令八千人结车营前进。这以战车连成的活动的营垒，魏人的骑兵不能冲击。于是魏军四面夹攻，宋军与之大战，杀敌尸体撒落一路。魏军仗着人多势众，分为三班且休且战。此时日暮风急，魏军骑兵抱来柴草火烧宋军车营；刘康祖激励将士，宋军皆殊死作战，无不一以当百。凡被魏军火烧处，刘康祖随即令将士填缺。
经过一日一夜的恶战，宋军共杀敌一万余人，过己军总人数，但宋军将士也多伤亡，战场上血流没踝。刘康祖身先士卒，身中十余创；宋军疲敝，但意气不减。时值暗夜，刘康祖突然被流箭射中，流箭贯穿了他的颈项，刘康祖落马而死。主帅一死，加之众寡悬殊，其余将士难以续战，于是奔溃。魏军纵兵掩杀，宋军伤亡殆尽，自免逃归者不过数十人。
战后，魏军为威慑宋军将士，就把刘康祖的头颅传给宋彭城守军看；彭城守军看见刘康祖面色如生，更坚定了他们守城的意志。
魏军在永昌王的率领下，进逼寿阳，他们一路上焚烧了马头、钟离。南平王铄率众固守寿阳，魏军不能攻克，不得不撤离寿阳，东进与拓跋焘会合。
冬十一月五日，拓跋焘率大军到达邹山。宋邹山戍主、宣威将军兼鲁郡太守崔耶利寡不敌众，被魏军俘虏。登上邹山，拓跋焘看到了秦始皇东巡时颂秦德的石刻，不以为然，就让士兵推倒了它。与此同时，拓跋焘第五子楚王建自清水西进，进据萧城（在今安徽萧县）；步尼公自清水东进，驻扎留城（在今江苏沛县东南）。
面对如此严峻的形势，驻守在彭城（在今江苏徐州）的帝之第三子、徐兖二州刺史武陵王刘骏派遣他的参军马文恭率兵向萧城，太尉江夏王义恭派遣他的军主嵇玄敬率兵向留城抵御魏军，同时作为宋军侦察。萧城魏军偃旗息鼓悄悄挺进，马文恭侦察不明，猝然与之相遇，不能抵抗，不得不率众投奔南山，魏军随即包围了南山。两军交战，势不相当，马文恭战败，只身逃归。嵇玄敬与魏军相遇，因幢主华钦继其后，魏军以为是援军，惊退，奔向苞桥。沛县百姓焚烧苞桥，又趁着夜色在林中击鼓呐喊，魏军又误以为是宋大军到达，就争渡苞水，苞水深，魏军淹死者近半。
随后拓跋焘率大军到达萧城，萧城距彭城只有十余里；而彭城作为宋淮北军事重镇，扼南北要冲，也是宋徐、兖二州治所。除了武陵王刘骏镇守在这里外，作为众军节度的主帅太尉兼司徒江夏王义恭也把大本营设在彭城。
彭城军力虽盛，但军粮不足。作为主帅的义恭打算弃了彭城南逃，但害怕魏军截断南逃的退路，所以怎样逃还举棋不定。此前，太子步兵校尉沈庆之乘驿马驰归京都，还在途中，因碻磝告急，刘义隆派驿骑下诏阻止他，让他前往碻磝援助王玄谟。沈庆之在回救途中，拓跋焘大军已经南下，沈庆之受阻不能北上，只得滞留彭城，江夏王就任命他为太尉府中兵参军。沈庆之对历城有所了解，听了江夏王准备撤离的打算后，作为主帅的参谋，他就建议以车营为函箱阵，精兵为外翼，拥戴二王及妃女投奔历城，同时再分兵给护军将军萧思话让他镇守彭城。而太尉长史何勖建议应席卷逃奔郁洲（古洲名。在今江苏连云港市东云台山一带，时在海中，周回数百里，清朝时因海岸扩张始与大6相连。相传秦末田横曾居此，故又名田横岛），然后再从海道回京都。
义恭去意已定，只是对沈、何二人的建议一时还难以取舍，于是召集群僚集思广益。时魏大军逼近，人心惶惶，众人也不知二议有何长短。这时受皇帝命辅佐武陵王的安北长史兼沛郡太守张畅言反对二议：
“若历城、郁洲有可达之理，下官岂敢不加高赞！但如今城内缺粮，百姓皆有奔走之愿，只是因城门紧闭，欲走无途罢了。殿下一旦打开城门，百姓则将各自奔散，到那时再想投奔历城、郁洲，怎可能啊！如今军粮虽不足，但眼下尚未告尽，到了将尽时再作计议也不迟。哪有舍弃万安之术，而踏上危亡之途的道理啊！若采纳奔走之计，下官将把颈血溅在公的马蹄上！”
众人闻言面面相觑。武陵王原就不赞成撤退之议，听了长史的话，也对叔父江夏王说：
“阿父既为全军总统，决定去留，非道民所敢言。然而道民既为城主，若因撤退而损国威，延敌寇，其为愧疚，也太深了！若弃镇奔逃，道民将无颜面对朝廷。道民愿与此城共存亡！张长史之言不可变！”道民，武陵王刘骏的小名。
张畅的话既然已经说到了这种地步，而作为城主的侄儿又持此议，义恭这才停议撤退一事。起初，刘义隆担心义恭不能固守彭城，因此备加叮嘱。义恭也曾信誓旦旦地说：“臣虽不能临翰海（即今蒙古国境内杭爱山。汉武帝时霍去病曾击匈奴于此），济居延（故城在今内蒙古额济纳旗东南，匈奴地），但也不致于有刘仲当年奔逃之耻！”事到如今，可见当初刘义隆的担心并非多余。
刘义隆担心彭城人多食少，就派员外散骑侍郎徐爰乘驿马到彭城了解粮食储备的具体情况。到彦之北伐时，徐爰曾带着皇上的意旨督战；后来有将领以不能自专为由为自己开脱，于是这次北伐刘义隆就没有让中使随军宣旨。但王玄谟前锋溃败如此，刘义隆因此又心有悔意。现在徐爰在了解了彭城的粮食储备情况后，就带着米最（登载粮食储备情况的簿册）赶回京都，城内为慎重起见派骑兵护送他上道。已经逼近彭城的拓跋焘获悉后，立即派出数百骑兵急追徐爰，想以此了解城内虚实。但魏军慢了半拍，徐爰已过了淮河。
义恭听说魏数百骑兵急追徐爰而去，担心徐爰被俘失去米最，魏人得知城内底细，于是再次忧惧起来，因此再提撤退一事。次日，护送徐爰的骑兵返回，说他已经远去，义恭这才放下心来。
十一月二十六日，拓跋焘率领大军赶到彭城，随即把刘宋重镇彭城围得如铁桶一般。围定了彭城后，拓跋焘就登上了城南亚父冢——张良墓，又在戏马台（在彭城城南，高十仞，宽广数百步，当年项羽所建）搭建毡屋以了望城内。
参军马文恭在萧城战败后只身逃归的时候，其他官兵或阵亡或被俘，他的队主蒯应也在被俘之列。此时蒯应已随拓跋焘到达彭城，拓跋焘派他到彭城小市门向城内喊话：
“我君向安北将军致意！我远来疲乏，城内若有甘蔗及酒，可送来。”在年初汝阳战败后，武陵王刘骏就由安北将军降号为镇军将军，魏人还不知晓。甘蔗产于南方，北人以稀为贵，都爱吃。
“为禀告！”宋防城队主梁法念答道。
接着蒯应又自陈有关萧城败况。梁法念问：
“虏主拓跋焘来否？”
“来了！”
“今何在？”
蒯应用手向西南方向指了指。
“魏军有多少？”
“四十万。”
梁法念随即禀告武陵王。武陵王派人答道：
“路途劳累！今送酒二瓮，甘蔗百根。听说魏带有骆驼，可送来！”
南人少见骆驼，认为它是奇兽：背有双峰，能背负千斤物，日行三百里；凡装载之时，必先跪下，载物未尽其量，终不起身。