公元450年七月，宋文帝刘义隆想到北方的狼居胥封坛祭天而大举北伐，但战争进行得很不顺利。十一月二十六，魏世祖拓跋焘率军兵临彭城城下。
当宋将马文恭于十一月在萧城战败时，部将蒯应被北魏俘虏。魏世祖于是派蒯应到彭城小市门去向宋人要酒和甘蔗。武陵王刘骏满足了他的要求，同时向北魏索要骆驼作为回报。第二天，魏世祖派尚书李孝伯到南门，送给刘义恭一套貂裘，送给刘骏骆驼和骡子，并且说：“魏帝向安北将军（即刘骏）致意，并请他出城相见。我们也不准备攻打这城。何必要辛苦这么多的将士，为城池的防守如此卖力！”刘骏派张畅开城门到外头和李孝伯相见，说：“安北将军也向魏主致意，经常为不能早些相见感到遗憾。但作为人臣安北将军不能和境外人士随便交往，所以只好为此抱憾。严密防守是守卫边境的常规，我们都乐意这样做，所以劳而无怨。”
魏世祖又向宋人要甘橘并借用赌博器具，刘骏都给了他。魏世祖又回赠了毛毡和九种盐胡豉，接着又要借乐器。刘义恭回答说：“我受任进行军事出征，所以不携带乐器。”李孝伯问张畅道：“你们为何要匆匆忙忙地关闭城门拉上吊桥？”张畅答道：“二王（指当时在彭城的义阳王刘义恭和武陵王刘骏）觉得魏主的营垒尚未立起，你们的将士也很疲劳。我们城里有精兵十万，怕他们轻率出城欺凌践踏你们，所以才关闭城门。待到你们的兵马好好休息之后，我们可以共同在战场，约定时间交往游戏。”李孝伯说：“来宾有礼，主人则可以随意选择日子。”张畅说：“昨天见到很多来宾到了门前，并不是彬彬有礼。”
魏世祖又派李孝伯来传话说：“请致意太尉（刘义恭）和安北将军，为何不派人来到我的住地？我们彼此之间的交情，虽然不能尽情表示，但你们总该出来见见我，看看我的个子大小，了解我的年龄老少，观察我的为人如何。如果觉得不方便派辅佐的官吏前来，那么也可以差使僮仆前来。”张畅以二王的名义回答说：“魏主的外貌形象和才干能力，早就从南北来往的商人那里得悉了。李尚书亲自接受魏主的使命，所以我们也不担心彼此之间的交情不能尽情表示。因此不用再派使者前去了。”李孝伯又说：“王玄谟也不过是个庸才而已，南国不知为何作出这样的任命，以致失败到这种程度？我军进入宋境已经七百馀里了，主人竟不能稍加抵御。邹山那么险固的地方，是君王可以凭籍坚守的。然而两军的前锋刚开始相接，崔邪利就吓得躲进了洞穴，还是部将们将他倒拉着出来。魏帝赐他不死，给他馀生，现在跟着大军正在这里。”张畅说：“王玄谟是我们南国的一名偏将，不是什么大将才，只是让他作为前驱而已。那时因为大军未到，黄河开始结冰，王玄谟趁夜撤军，所以导致兵马稍微有点混乱罢了。崔邪利的陷没，对我国会有什么损失！魏主自以为用数十万大军制服一个无用的崔邪利，就可以吹牛了吗！你们入境七百里没遭遇抵抗，那是我们太尉的神机妙算和镇军将军（其实刘骏因为春季的失利已经从安北降为镇军）的圣明谋略。用兵贵在掌握时机，不用说你们也知道。”
李孝伯说：“魏帝不打算包围这座城池，准备亲自率领各路大军直抵瓜步（今南京市六合区东南）。南边的事情一旦办成，彭城也不用包围了。如果南边的战事失利，我们也不需要彭城。我们现在准备往南进军，饮用长江和鄱阳湖水来解渴。”张畅说：“去留的事情，当然凭你们的方便。如果胡虏的军马得饮长江之水，那真是没有天理了。”早先有童谣唱道：“虏马饮江水，佛狸（拓跋焘小名）死卯年。”所以张畅这么说。张畅声音优美，容貌风雅，李孝伯和他身边的魏人都赞叹不已。李孝伯自己也十分雄辩。临别时，他跟张畅说：“长史请多多保重。我们相距没有几步，却遗憾不能跟你握手言欢。”张畅说：“使君你也多多保重，希望战争会很快结束，我们再见的日子不远。使君如果得到机会回到宋朝，今天就是我们相识的开始。”
同时，宋文帝起用杨文德为辅国将军，让他带兵从汉中西进，动摇北魏的汧水陇西一带。杨文德的族人杨高率领阴平和平武的各个氐人部落抗拒。杨文德击兵攻打并杀了杨高，于是阴平和平武的动乱都得以平息。刘宋的梁、南秦二州刺史刘秀之派杨文德讨伐啖提的氐人部落，但杨文德无法取胜。刘秀之于是派人逮捕了杨文德，将他送到荆州，然后让杨文德堂兄杨头守卫葭芦。
十一月二十一（丁未），宋大赦。同时，魏世祖开始进攻彭城但无法攻克。十二月初一，魏军绕过彭城南下，派中书郎鲁秀兵出广陵，高凉王拓跋那兵出山阳，永昌王拓跋仁兵出横江，所过之处无不残害蹂躏南方的百姓和财产，各座城池也都望风披靡。十二月初三，建康宣布戒严。次日，魏军抵达淮上。
宋文帝派辅国将军臧质带领一万人去救彭城。宋军来到盱眙时，魏世祖已渡过了淮河。臧质派冗从仆射胡崇之和积弩将军臧澄之进驻东山，派建威将军毛熙祚占据前浦，臧质自己则在城南扎营。十二月初十，魏燕王拓跋谭进攻胡崇之等三座营盘，宋军三路人马全军覆没，而臧质按兵不动，不敢前去援救。臧澄之是臧焘的孙子，毛熙祚则是毛修之兄长的儿子。当夜，臧质自己的部队也溃不成军，臧质丢弃辎重器械，只带着七百骑兵逃进盱眙城。
当初，盱眙太守沈璞上任时，王玄谟还在滑台，江淮一带并无魏寇入侵的危险。沈璞认为盱眙郡首当其冲，于是开始修缮城墙，疏通城壕，积累谷物，储藏矢石，为守卫城池做好准备。他的僚属都不同意他的做法，而朝廷也认为他做的有点过分。当魏兵南向时，许多郡县守宰纷纷弃城逃走。也有人劝沈璞说他应当回建康去，沈璞说：“魏虏如果觉得我们城池太小而不来攻打，那么又有什么好害怕的？如果他们前来攻城肉搏，那正是我们报国的时候，也是各位使君建功封侯的日子，干嘛要跑走！各位使君曾见过几十万人聚在一座小城之下而不失败的先例吗？以前昆阳和合肥的例子不就是明显的证据吗？”大家这才稍微放心了点。沈璞招募到二千精兵，说：“这就足够了！”
当臧质带着残兵败将向盱眙逃来时，大家劝沈璞说：“魏虏如不攻城，我们也用不着这么多人。如果他们来攻城，那么城中也只能容纳现有的兵力而已。地少人多，很少不出问题的。况且敌众我寡，众人皆知。如果臧质的人马能够打退敌军保存城池，那么我们也没有全部功劳。如果我们打败了要逃回京都，那么我们双方就要争夺船只，必定会互相残踏。所以他们来只有害处而没有好处，因此还不如关闭城门不接受他们。”沈璞叹道：“魏虏一定无法登上城墙，这点我敢为各位使君担保。乘船逃难的计划，已经很久都不考虑了。魏虏残害百姓的规模，古往今来从未有过。他们屠杀民众，劫掠财产，给人们带来的苦难，也都是大家亲眼所见。其中幸存的，也只不过被驱赶到北方当他们的奴婢而已。臧质带来的也许真是乌合之众，但他们难道不害怕这样的下场吗！这就是所谓‘同舟而济，胡越一心’的意思。今天我们士兵越多则魏虏就会越快退走，士兵越少他们就退得越慢。我难道能因为得到全部功劳而让魏虏长期留在城下？”于是开门接纳臧质。臧质见到城中粮食丰富军备充实，非常高兴，他的部下也都高呼万岁，因而和沈璞他们一道坚守盱眙。魏军南下时，没有携带多少军粮，只想沿途抢掠作为军资。渡过淮河后，多数百姓都逃走或躲了起来，所以他们抢不到什么东西，结果人马饥乏。他们听说盱眙有粮食，便想夺取那里的储备作为北归的军需。但在打败胡崇之等人之后却无法攻拔盱眙，只好留下部将韩元兴带着数千人守在盱眙城下，拓跋谭继续率军南下。于是盱眙得到时间加强防守的准备。
十二月十五（庚午），魏世祖来到瓜步。魏军大肆破坏百姓的住房，拆下木头，砍下杂木，制成木筏，声言说要渡过长江。宋都建康受到巨大震动，民众都预备好担子准备随时逃难。十二月二十七（壬午），朝廷内外宣布戒严，丹阳尹统辖的范围内所有的壮丁都被征募，王公以下的子弟也都从军。朝廷命令领军将军刘遵考等人带兵分别守卫长江的重要渡口，巡逻的战船上从大湖（估计是高邮湖）下至蔡洲到处都是；战舰组成的水军营垒布列在长江沿岸，从采石矶直到暨阳，长达六七百里。太子刘劭出镇石头城，总领水军；丹杨尹徐湛之守卫石头仓城；吏部尚书江湛兼领军将军，全权负责军事调度。
宋文帝登上石头城，面有忧色。他跟江湛说：“北伐的计策，赞同的大臣很少。今天造成让士大夫和民众普遍劳苦抱怨的处境，不得不让我感到惭愧。叫大臣们如此忧心忡忡，是我的过错。”又叹道：“檀道济要在的话，岂能让胡马猖狂一至于此？”宋文帝又登上莫府山，放眼观望形势。他又出榜文用爵位和金银以及丝绸悬赏要魏世祖及其王公们的首级。他又招募人带着野葛制成的毒酒放在魏军将要经过的，早已人去楼空的村子里，想以此毒杀魏人。但居然没起到任何作用。
魏世祖派人在瓜步山上修筑盘山车道，然后在山上盖了一座简易毛毡房屋。他不喝黄河以南的水，用骆驼运载黄河以北的水自己随时饮用。同时魏世祖还向宋文帝赠送骆驼和名马，向他求和并请婚。宋文帝派奉朝请大臣（即已退休但仍然参加朝廷春秋朝会的大臣）田奇送给魏世祖珍肴美味的南方食品。魏世祖取来一只黄柑，马上就吃了起来，并且痛饮送来的酃酒（即用衡阳酃湖水酿造的名酒）。他身边随从有人附着他耳朵轻声警告他，怀疑食品有毒。魏世祖不理他，举手指着天上，然后抱着孙子给田奇看，说道：“我从远方来到此地，并非为了功名，实在是想和你们继续友好往来，让百姓得到休息，并和大宋永结姻亲，互相支援。大宋如果能把皇家女儿嫁给我这孙子，我也可以将女儿嫁给武陵王，从今以后再也不会对南方征战。”
田奇回来禀报后，宋文帝召太子刘劭和群臣前来商议。大家都觉得应当答应北魏的求婚，只有江湛认为：“这些外族人没有亲情，答应他们没有什么好处。”刘劭很生气，动怒地责问江湛道：“如今三位封王都面临着厄运，你怎么好意思坚持异议！”说话的声音和脸色都显得非常严厉。朝会散了后，大臣们都出了宫殿。刘劭暗示他跟班的卫士和身边随从故意将江湛挤撞到一边，江湛摔倒在地上，差点昏倒过去。
刘劭又跟宋文帝说：“这次北伐的失败和羞辱，导致好几州沦陷破落。只有杀了江湛和徐湛之才好向天下百姓谢罪。”文帝说：“北伐自然是我的注意，江徐两人只是不表示反对而已。”于是太子和江徐二人结下了怨仇，而北魏的婚事也没有实现。
宋元嘉二十八年即公元451年正月初一，魏世祖在瓜步山上召见群臣，为功臣论功行赏。魏军沿着长江北岸燃起烽火。太子右卫率尹弘跟文帝说：“六部夷人这么干，一定是要退走了。”第二天，魏军果然劫掠了江北的居民、焚烧了他们的住房，然后撤军离去。
已经被杀的胡诞世当时反叛时，江夏王刘义恭等人上奏指责彭城王刘义康对朝廷很有怨言，混淆视听，动摇民心，正是因此才让那些心怀不轨的人产生反叛心理。所以他请求将刘义康流放到广州。宋文帝于是打算将刘义康迁移到那里，并先派人告诉他。刘义康说：“人生总不免一死，我岂是贪生怕死！但如果我一定要犯上作乱，那么即使把我迁徙到远方又有什么用处！臣请陛下就在这里赐我自尽，我不想受到屡次迁徙的耻辱。”最终并未上路。魏军占领瓜步后，朝野人心惶惶。宋文帝考虑到那些图谋不轨的人可能拥戴刘义康叛乱，而太子刘劭和武陵王刘骏以及尚书左仆射何尚之也屡次请求他及早下决心，所以派了中书舍人严龙带着毒药去赐刘义康自尽。刘义康不肯服用，说：“佛教不许自杀。随便你们怎么处置好了。”使者便用被子将他蒙住窒息而死。
江夏王刘义恭觉得碻磝守不住，便召王玄谟回到历城。魏军在追击撤出那里的宋军时再次把他们打败，然后占领了碻磝。
当初，宋文帝听说魏军即将入寇，便命令广陵太守刘怀之烧了青州的州府和城池以及船只，带领全部居民南渡长江。山阳太守萧僧珍则带领百姓全部搬进城里。当时朝廷往盱眙和滑台运送粮食的队伍，因为道路不通，都滞留在山阳。萧僧珍派人在山坡上修筑水库蓄满了雨水，打算等魏兵前来时，决开水坝灌淹他们。魏军经过山阳时得悉这一情报，因此不敢逗留，直接转去进攻盱眙。
魏世祖撤军经过盱眙时，向臧质要酒。臧质将小便封在酒坛里送给他。魏世祖大怒，便在城外修筑冗长的围墙，只花了一晚就合拢了。魏军接着运运东山的土石将城壕填平，并在君山修建浮桥，断绝宋军水陆两道的退路。魏世祖然后写信给臧质说：“我现在派出作战的士兵，都不是我的国人（鲜卑人）。城东北的是丁零人和胡人（指匈奴），城南的是氐人和羌人。假设丁零人战死了，正好可以减少我们常山和赵郡一带的贼寇；胡人死了，则减少我们并州的贼寇；氐人和羌人死了，则减少我们关中的贼寇。你要把他们都杀了，对我没什么坏处。”臧质回信说：“拜读来信，知道了你奸险的用意。你自己仗恃着四只狗腿，屡次侵犯我国边境。去年王玄谟在东边退却，申坦在西边撤散，你知道其中的奥妙吗？你难道独独没有听到童谣里唱的吗？只是因为卯年（这年才是辛卯年）未到，所以我们这两支大军才为你开放饮马长江的道路而已。冥冥间自有安排，不是人的意志可以决定的。寡人（臧质对拓跋焘自称寡人，显然蔑视他为臣下）受命要消灭你，期望前往白登山（在魏都平城，泛指北魏）解决了你们。可惜大军没走出多远，你就自己前来送死。现在怎能容你继续生存，再回到桑干河去享受荣华富贵！你如果幸运，将被乱兵所杀；不幸则将被我军铁链锁缚起来，用一只毛驴载着直接送到京都闹市处斩罢了。我本来就不打算全身而返，如果老天不长眼，让我败给你，即使你将我捣碎成为粉末，屠杀或车裂了我，我都还觉得对不起朝廷。你看看自己的智慧和学识以及各路的兵力，会胜过当年的苻坚吗？今年春季的雨水已降，我们的兵力正四面集中，你只管放心前来攻城好了，千万不要急着逃走！如果缺乏粮食可以招呼一声，我马上会送谷物出去给你。收到了你送来的刀剑，是要我挥舞着它往你身上砍去吗！”魏世祖大怒，派人制作了一张铁床，在上头安置了尖锐的铁器，说：“一旦功破城池俘虏了臧质，一定要让他坐在这铁床之上。”臧质又给魏军的将领们写信说：“请转告魏虏军中的各位士大夫和平民：佛狸（拓跋焘的小名）写了这样的信给我，如此蔑视你们。你们本来都是我朝正统的民众，何必要自取灭亡？岂能不知道如何去反戈一击，转祸为福！”并在信上附上朝廷的悬赏：“斩佛狸首，封万户侯，赐布绢各万匹。”
魏军用高楼战车上装的铁钩想钩倒城楼，城内士兵则将粗绳子拴住战车，好几百人呼喊着拉住它们，使得这些战车不能后退。夜里，宋军用木桶将士兵吊出城外，截断并缴获了这些铁钩。第二天，魏军又用冲撞车攻城，但城墙坚固严密，魏军每撞一次，从城墙上颓落下来的墙土也不过几升而已。魏军于是用云梯登城，轮番进攻，跌下来再爬上去，没有后退的。宋军在城墙上奋勇抵抗，杀死杀伤的数以万计，尸体堆积得几乎跟城墙一样高。就这样不停地进攻了三十天，魏军终究无法攻拔盱眙。正巧魏军中发生流行瘟疫，又有报告说建康正派水军从海路进入淮河，又敕令彭城的宋军出来断绝魏军的归路；于是魏世祖只好在二月初一烧了攻城器具，全线撤兵退走。盱眙守军打算追击，沈璞说：“现在我们士兵不多，虽然足以固守，但却不可出战。我们可以修复船只楫桨，让他们觉得我们打算北渡淮河，迫使他们赶快退走就行了。其实也不须真去修复它们，做座样子就够了。”
臧质认为沈璞是盱眙城主，便请他领头向朝廷报捷。沈璞一再推辞，将一切归功于臧质。宋文帝得悉后，更加嘉奖了他们。
魏军经过彭城时，江夏王刘义恭很害怕，不敢出击。有人告诉他们说：“魏虏驱赶着一万多南方百姓北撤，当晚估计会住宿在安王陂，离彭城只有几十里路。现在追击他们，可以将这些百姓全都给截住。”部将们都请求前往，但刘义恭严禁不许。次日，驿使飞马赶到，传达宋文帝的诏令，命令刘义恭尽力急追。但那时魏军已经去远了，刘义恭只好派镇军司马檀和之向萧城进发。魏军早已得悉，于是将他们驱赶的南方百姓全部杀害后撤兵离去。程天祚找到机会逃归。
在这次战争中，魏军一共攻破了宋的南兖、徐、兖、豫、青、冀等六州，杀害的民众和掠夺的财产不可胜计。他们将当地的青壮年几乎全都砍死，将婴儿挑在长槊末端，盘旋起舞为乐。魏军经过的郡县，献血染红了大地；房屋几乎无存，南归的春燕只好在树林中造窝。魏军的人马也死伤过半，魏国人无不感到担忧。
宋文帝每次命令将领出师时，经常要求他们遵照一定的作战计划。交战之日，也经常要求他们等待朝廷的诏令，所以将帅的行动往往受到限制，不敢自己决断。还有就是江南缺乏训练的士兵，容易轻率冒进，也倾向轻易退却，这也是元嘉北伐之所以失败的原因之一。自此之后，南方城乡开始普遍萧条，曾经有过的元嘉大治也开始走向衰败。
二月十八（癸酉），朝廷下诏为遭受魏寇蹂躏的各个郡县百姓进行抚恤和赈灾，并免除他们的赋税和徭役。第二天，宋文帝降太尉刘义恭为骠骑将军、开府仪同三司。
二月二十三（戊寅），魏世祖北渡黄河。二月二十六（辛巳），宋文帝降镇军将军武陵王刘骏为北中郎将。第二天，文帝到瓜步视察战后的境况，并在当天宣布解严。于是史称元嘉“封狼居胥”的北伐就这样草草收场。
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