十一月初三日，突然狂风四起，气温下降，黄河上的冰很快冻结，拓跋珪带兵过河，留下军用物资，挑选了二万多骑兵的精锐部队，火速追赶燕军。魏军日夜兼程追赶，十一月初九日黄昏时分，魏军追至参合陂(位于今内蒙古凉城东边的岱海，一说位于今山西阳高)西边。

这时，燕军在陂东，扎营在蟠羊山南面的河旁。拓跋珪连夜部署各个将领，偷袭燕军，让士卒们含着枚(古代行军打仗时，士卒含着用以防止喧哗的器具，形状像筷子)，扎紧马口，暗中接近燕军。第二天清晨，魏军已经登上山头，下面对着燕军大营。燕军向东进发时，才发现漫山遍野都是魏军，燕军惊慌失措，混乱不堪。

拓跋珪趁势驱兵攻击，燕军奔跑落水，人撞马踩，轧死淹死者数以万计。略阳公拓跋遵的部队横阻在逃亡燕军的前边，燕军四五万人立刻放下武器束手就擒，逃出去的也不过几千人。慕容宝等人都是单人匹马逃出，得以幸免。魏军杀死后燕右仆射、陈留悼王慕容绍，活捉鲁阳王慕容倭奴、桂林王慕容道成、济阴公慕容尹国等文武官员几千人，缴获的兵刃、衣甲、粮草、辎重等更是不计其数。

拓跋珪选择后燕被俘的大臣中有才可用的人，如代郡太守贾闰，贾闰的堂弟骠骑长史、昌黎太守贾彝，太史郎晁崇等留了下来。其余的打算全部都发给衣服粮食，放他们回家，希望用这样的恩德来博得后燕百姓的好感。

中部大人王建对拓跋珪说，后燕国势强大，人口众多，这次动员全国力量来进攻，我们侥幸获得这么大的胜利，不如把这些人全部杀掉，后燕的内部就是一片空虚，以后再攻打他们也就容易多了。于是，拓跋珪下令把所俘的后燕将士全部活埋。

参合陂之战的影响

参合陂之战的失败，让慕容宝深感耻辱，于是请求慕容垂再次出兵进攻北魏。慕容德鼓动慕容垂说：魏军取得参合陂的胜利，必然轻视太子无能;只有挫败魏军的锐气，才能长燕军的志气。

登国十一年(396年)三月二十六日，慕容垂留下慕容德守卫中山，亲自率领大军再次向北魏进攻。这次，燕军改变行军路线：慕容宝、慕容农从北路进军，慕容隆从西路进军，慕容垂从中路翻越恒山，凿通山道，三路同时向云中进军。

北魏陈留公拓跋虔统领的部落约三万多户人家镇守在平城。慕容垂来到猎岭，让辽西王慕容农、高阳王慕容隆作为前锋部队突袭拓跋虔。这时，燕军因刚遭到惨败，都很畏惧魏军，只有慕容隆统辖的龙城部队勇敢果决，个个争先。拓跋虔平素经常不注意戒备。

闰三月十二日，燕军来到平城，拓跋虔才发觉，仓促之中率领部下出来接战，战败而死。燕军收编了他的部落。拓跋珪听到这个消息后，大为震惊恐惧，打算放弃都城逃走，其他部落听说拓跋虔的死讯，都产生二心。拓跋珪不知所措。

慕容垂率军路过参合陂时，看到那里依然尸骸堆积如山，于是祭奠死难者，军士们都放声恸哭，哭声震撼山谷。慕容垂见此惨状，心里既惭愧，又愤怒，因而吐血得病，停驻在平城西北部三十里远的地方。慕容宝等人听到这个消息后，都带兵从前方撤回。

燕军里有叛逃的人，跑到北魏说：“慕容垂已经死了，用车拉着他的尸首。”拓跋珪打算追击燕军，又听说平城已经沦陷，就带着部队回到阴山。慕容垂在平城居住十天，病势却反而加重，在此兴筑燕昌城，便班师回朝。四月初十日，慕容垂在回师路过上谷的沮阳的途中去世。