在桓溫大軍焚毀戰船的當晚，慕容垂接到了稟報。他出營觀看，但見黃河河道上衝天大火照亮天空，慕容垂張口哈哈大笑起來。因為嘴巴裡缺了的那顆牙齒早已用黃金鑲嵌，所以張口一笑便是一片金光閃爍。
慕容垂立刻判斷出這是桓溫的兵馬在連夜南逃。在派出斥候證實了消息之後，手下眾將紛紛建議即刻乘機追擊，一舉殲滅大晉大軍。但是慕容垂不假思索的拒絕了眾人的提議。
“桓溫可不是你們所想的那種初出茅廬之輩，那是當世豪傑，身經百戰，熟於掌兵。他難道不知道一旦撤軍會有被乘勢追擊的風險？所以他定然做了準備。如我是桓溫，必在去路埋伏精銳，等待追兵進行伏擊。我慕容垂可不會上他的當。這是一場貓捉老鼠的遊戲，他們深入我大燕國境千裡，我們有的是時間去追趕他們。等他兵疲馬乏之時，便是我大燕鐵騎踐踏他們的時候。”
慕容垂的判斷一點也沒錯。桓溫為防慕容垂率軍追擊，早已安排了手下猛將冠軍將軍鄧遐率一萬精兵斷後設伏。鄧遐被譽為大晉第一猛將，時人將之與樊會相比較，威猛無比，作戰驍勇無匹。如果慕容垂當晚率軍追擊，則正中桓溫下懷。
三天後，見燕國兵馬毫無追擊之意，桓溫這才放下心來，下令兵馬全速南撤，放鬆了警惕。然而，此時才是慕容垂追擊的開始。
九月十四，慕容垂精選了八千精銳騎兵，全部著輕甲配長弓騎駿馬，親自率領這支騎兵開始了追擊。但他們並不靠近，隻是尾隨而進，不露蹤跡。就像是追蹤獵物的惡狼，遠遠的跟在北伐大軍後麵，用冒著凶光的眼睛盯著他們的獵物，等待最佳的進攻時機。
就這樣一路跟隨桓溫大軍，逶迤七百裡，直到九月二十二抵達睢水之旁的襄邑之後，慕容垂展開了行動。他對襄邑的地形很熟，襄邑多丘，隻有貫穿東西的一條兵馬通行的通道，這是最好的襲擊地形。
九月二十二日，慕容垂命慕容德率騎兵四千從側翼繞行，在不驚擾桓溫大軍的前提下趕到了襄邑東側的東澗設伏。次日上午，桓溫率領五萬連日趕路疲憊之極的北伐軍進入了那條死亡通道。午後時分，北伐大軍進入了慕容德的伏擊範圍，惡狼對它的獵物展開了攻擊。
在狹窄的東澗地形之中，慕容德的騎兵騎射衝鋒，對北伐大軍凶猛攻擊。與此同時，西邊尾隨的慕容垂率四千騎兵也開始了進攻。
在鮮卑人精銳騎兵的東西夾擊之下，疲憊惶恐的北伐軍很快崩潰大敗，隊形混亂，死傷無數。
桓溫急命冠軍將軍鄧遐和征虜將軍朱序組織兵馬，鄧遐和朱序一人往西突圍一人殿後，浴血死戰之後，終於在傍晚時分打開缺口，保護桓溫和兵馬突出西邊通道，亡命而逃。
慕容垂豈肯就此罷休，率軍追擊，以輕騎長弓尾隨追殺。一路追殺到次日黎明時分方才下令停止追擊。因為己方騎兵也已經連所攜帶的箭支都射光了，而且因為是攜帶乾糧以騎兵追趕桓溫大軍，人馬的糧草也所剩無幾，隻得適可而止。
但即便如此，天明之後清點戰果，此戰以不到兩千人的代價殲滅大晉北伐軍三萬餘，可謂是令人咂舌一場巨大勝利。
慕容垂下令將所有大晉俘虜和傷兵儘數斬首之後，這才心滿意足的引兵回頭。
桓溫等人死裡逃生，率兩萬殘兵敗將頭也不回的往南逃。沮喪之餘，也有些慶幸能夠逃出生天。
然而惡狼飽食去，鬣狗卻聞風而至。
八月裡燕國向秦國求援，以虎牢關以西的土地作為酬勞請秦國出兵救援。大秦天王苻堅聽從丞相王猛的建議，派出了左將軍苟池率馬步軍兩萬前往救援。
王猛交代苟池，此次救援隻是做個樣子，萬不可為了鮮卑人同晉朝兵馬死戰，而要伺機而動，審時度勢。苟池深領其意，一直率軍緩慢行軍，觀望逡巡。
晉軍燒船退兵的時候，苟池率兵馬往南一直側翼跟隨，在慕容垂大敗晉軍之後，苟池認為撿便宜的時機已經到來。數日後，在桓溫的祖籍樵國，苟池率軍殺出，截擊桓溫的兩萬殘兵敗將。這隻鬣狗麵對已經受傷的晉朝獵物毫不留情，經過一天的激戰，殺晉軍萬餘，心滿意足的撤兵而去。
桓溫倉皇率殘兵敗將往東南而逃，十月初進入大晉境內，在徐州山陽縣這才站穩腳跟，收攏殘兵。
至此，曆時數月的聲勢浩大的第三次北伐以徹底的失敗而告終。桓溫率領的五萬步騎兵僅剩不到萬人，四萬多兵馬在撤兵的途中戰死。同時損失的還有近三百艘大小船隻，大量車輛輜重。戰馬一千匹，盔甲萬領，兵器弓箭無數。
同時，在數月前勢如破竹一路收複的大量城池土地也立刻喪失。追隨南下的上萬百姓也全部逃散。
而這些損失，還隻是人力上和物資上的損失，這些對桓溫而言並不算什麼。真正讓桓大司馬憤怒和痛苦的是，此次北伐大敗之後，他的聲望和實力都遭到的巨大的損失。