在桓温大军焚毁战船的当晚，慕容垂接到了禀报。他出营观看，但见黄河河道上冲天大火照亮天空，慕容垂张口哈哈大笑起来。因为嘴巴里缺了的那颗牙齿早已用黄金镶嵌，所以张口一笑便是一片金光闪烁。
慕容垂立刻判断出这是桓温的兵马在连夜南逃。在派出斥候证实了消息之后，手下众将纷纷建议即刻乘机追击，一举歼灭大晋大军。但是慕容垂不假思索的拒绝了众人的提议。
“桓温可不是你们所想的那种初出茅庐之辈，那是当世豪杰，身经百战，熟于掌兵。他难道不知道一旦撤军会有被乘势追击的风险？所以他定然做了准备。如我是桓温，必在去路埋伏精锐，等待追兵进行伏击。我慕容垂可不会上他的当。这是一场猫捉老鼠的游戏，他们深入我大燕国境千里，我们有的是时间去追赶他们。等他兵疲马乏之时，便是我大燕铁骑践踏他们的时候。”
慕容垂的判断一点也没错。桓温为防慕容垂率军追击，早已安排了手下猛将冠军将军邓遐率一万精兵断后设伏。邓遐被誉为大晋第一猛将，时人将之与樊哙相比较，威猛无比，作战骁勇无匹。如果慕容垂当晚率军追击，则正中桓温下怀。
三天后，见燕国兵马毫无追击之意，桓温这才放下心来，下令兵马全速南撤，放松了警惕。然而，此时才是慕容垂追击的开始。
九月十四，慕容垂精选了八千精锐骑兵，全部着轻甲配长弓骑骏马，亲自率领这支骑兵开始了追击。但他们并不靠近，只是尾随而进，不露踪迹。就像是追踪猎物的恶狼，远远的跟在北伐大军后面，用冒着凶光的眼睛盯着他们的猎物，等待最佳的进攻时机。
就这样一路跟随桓温大军，逶迤七百里，直到九月二十二抵达睢水之旁的襄邑之后，慕容垂展开了行动。他对襄邑的地形很熟，襄邑多丘，只有贯穿东西的一条兵马通行的通道，这是最好的袭击地形。
九月二十二日，慕容垂命慕容德率骑兵四千从侧翼绕行，在不惊扰桓温大军的前提下赶到了襄邑东侧的东涧设伏。次日上午，桓温率领五万连日赶路疲惫之极的北伐军进入了那条死亡通道。午后时分，北伐大军进入了慕容德的伏击范围，恶狼对它的猎物展开了攻击。
在狭窄的东涧地形之中，慕容德的骑兵骑射冲锋，对北伐大军凶猛攻击。与此同时，西边尾随的慕容垂率四千骑兵也开始了进攻。
在鲜卑人精锐骑兵的东西夹击之下，疲惫惶恐的北伐军很快崩溃大败，队形混乱，死伤无数。
桓温急命冠军将军邓遐和征虏将军朱序组织兵马，邓遐和朱序一人往西突围一人殿后，浴血死战之后，终于在傍晚时分打开缺口，保护桓温和兵马突出西边通道，亡命而逃。
慕容垂岂肯就此罢休，率军追击，以轻骑长弓尾随追杀。一路追杀到次日黎明时分方才下令停止追击。因为己方骑兵也已经连所携带的箭支都射光了，而且因为是携带干粮以骑兵追赶桓温大军，人马的粮草也所剩无几，只得适可而止。
但即便如此，天明之后清点战果，此战以不到两千人的代价歼灭大晋北伐军三万余，可谓是令人咂舌一场巨大胜利。
慕容垂下令将所有大晋俘虏和伤兵尽数斩首之后，这才心满意足的引兵回头。
桓温等人死里逃生，率两万残兵败将头也不回的往南逃。沮丧之余，也有些庆幸能够逃出生天。
然而恶狼饱食去，鬣狗却闻风而至。
八月里燕国向秦国求援，以虎牢关以西的土地作为酬劳请秦国出兵救援。大秦天王苻坚听从丞相王猛的建议，派出了左将军苟池率马步军两万前往救援。
王猛交代苟池，此次救援只是做个样子，万不可为了鲜卑人同晋朝兵马死战，而要伺机而动，审时度势。苟池深领其意，一直率军缓慢行军，观望逡巡。
晋军烧船退兵的时候，苟池率兵马往南一直侧翼跟随，在慕容垂大败晋军之后，苟池认为捡便宜的时机已经到来。数日后，在桓温的祖籍樵国，苟池率军杀出，截击桓温的两万残兵败将。这只鬣狗面对已经受伤的晋朝猎物毫不留情，经过一天的激战，杀晋军万余，心满意足的撤兵而去。
桓温仓皇率残兵败将往东南而逃，十月初进入大晋境内，在徐州山阳县这才站稳脚跟，收拢残兵。
至此，历时数月的声势浩大的第三次北伐以彻底的失败而告终。桓温率领的五万步骑兵仅剩不到万人，四万多兵马在撤兵的途中战死。同时损失的还有近三百艘大小船只，大量车辆辎重。战马一千匹，盔甲万领，兵器弓箭无数。
同时，在数月前势如破竹一路收复的大量城池土地也立刻丧失。追随南下的上万百姓也全部逃散。
而这些损失，还只是人力上和物资上的损失，这些对桓温而言并不算什么。真正让桓大司马愤怒和痛苦的是，此次北伐大败之后，他的声望和实力都遭到的巨大的损失。