咸康八年(前燕九年，342年)，燕王慕容皝率軍攻高句麗。時前燕與高句麗相鄰，慕容皝常懼其乘虛而入，視為心腹之患，遂于十一月采用庶兄、建威將軍慕容翰之策略，分兵兩路進攻高句麗。慕容皝自率主力精銳4萬從南道進攻，而慕容霸則與慕容翰為前鋒。慕容皝還另命長史王寓等率兵1.5萬從北道進攻。高句麗王高釗聞知，判斷燕軍主力必從北道而來，乃使其弟高武率精兵5萬防守北道，自率弱旅防南道。前燕軍在南道大敗高句麗軍，乘勝追入丸都(高句麗都城，今吉林集安西)，高釗只身逃走。
東晉建元二年(前燕十一年，344年)二月，燕王慕容皝親自帶兵攻宇文逸豆歸，以建威將軍慕容翰為前鋒將軍，劉佩為副將；并命慕容霸與慕容軍、慕容恪及折沖將軍慕輿根等率兵分三路并進。宇文逸豆歸派南羅城大(即城主)涉夜干率精兵迎擊；慕容翰出戰涉夜干，兩軍激戰之時，慕容霸則率軍從側翼殺出，殺涉夜干，宇文軍不戰自潰，燕軍乘勝追擊，攻克宇文氏都城紫蒙川(今遼寧朝陽西北)。宇文逸豆歸敗逃，死于漠北。宇文氏從此散亡，慕容皝收其畜產，徙其部眾5000余落于昌黎(今遼寧義縣)，辟地千余里，慕容霸因功被封為都鄉侯。
東晉永和四年(348年)，燕王慕容皝去世，慕容俊(慕容皝次子)即燕王位。永和五年(349年)，后趙主石虎死，后趙大亂。慕容霸(時為平狄將軍)上書慕容俊說：“石虎窮兇極暴，天之所棄，馀燼僅存，自相魚肉。今中國倒懸，企望仁恤，若大軍一振，勢必投戈。”北平太守孫興也上表說：“石氏大亂，宜以時進取中原”(《資治通鑒·卷第九十八》)。可慕容俊卻認為后趙新遭大喪，未同意。慕容霸急至龍城(今遼寧朝陽)，親自對慕容俊說：“難得而易失者，時也。萬一石氏衰而復興，或有英雄據其成資，豈惟失此大利，亦恐更為后患。”慕容俊說：“鄴中雖亂，鄧恒據安樂，兵強糧足，今若伐趙，東道不可由也，當由盧龍；盧龍山徑險狹，虜乘高斷要，首尾為患，將若之何？”慕容霸說：“恒雖欲為石氏拒守，其將士顧家，人懷歸志，若大軍臨之，自然瓦解。臣請為殿下前驅，東出徒河，潛趣令支，出其不意，彼聞之，勢必震駭，上不過閉門自守，下不免棄城逃潰，何暇御我哉！然則殿下可以安步而前，無復留難矣”(《資治通鑒·卷第九十八》)。
永和八年(352年)三月，趙立義將軍段勤聚胡、羯萬余人保據繹幕，自稱趙帝。慕容霸率軍前去攻打，慕容霸軍至繹幕，段勤與弟段思陪舉城投降。由于燕衛將軍慕容恪、撫軍將軍慕容軍、左將軍慕容彪等屢薦慕容霸有命世之才，宜當大任。燕主慕容俊遂于同年以慕容霸為使持節、安東將軍、北冀州剌史，鎮常山。
永和十年(354年)四月，慕容俊稱帝，建號元璽，史稱前燕。慕容霸因訓練軍隊之時，座騎受驚而墜馬，進而折齒，更名為慕容垂。慕容垂被封為吳王，遷鎮信都，以侍中、右禁將軍錄留臺事，大收東北之利。這便慕容俊更加忌妒慕容垂，下詔將其召還。
升平元年(前燕光壽元年，357年)，前燕發兵進攻塞北(長城以北)敕勒。敕勒，又名丁零，高車。魏晉南北朝時，大批敕勒人入塞與其他少數民族雜居，留居漠北草原的敕勒則在公元四世紀日益強大，不斷侵擾中原。前燕入居中原后，經常遭到敕勒人襲擾。同年五月，慕容俊派遣慕容垂(時為撫軍將軍)與中軍將軍慕容虔、護軍將軍平熙率步騎8萬進軍塞北，攻敕勒，大敗之，俘斬達10余萬人，獲馬13萬匹、牛羊無數。北部邊境復安。
時慕容垂娶段末柸女段氏，段氏生子慕容令、慕容寶。段氏才高性烈，與皇后可足渾氏不睦，皇后引以為恨。慕容俊向來對慕容垂不滿，時有人奉可足渾之令告段氏及吳國典書令遼東高弼為巫蠱，想借此把慕容垂牽連進來。慕容俊將段氏及高弼下獄，進行拷問。但二人“志氣確然，終無撓辭”(《晉書·慕容垂載記》)。慕容垂心痛，暗中派人對段氏說：“人生會當一死，何堪楚毒如此！不若引服。”段氏嘆息道：“吾豈愛死者耶！若自誣以惡逆，上辱祖宗，下累于王，固不為也”(《晉書·慕容垂載記》)！后段氏死于獄中，而慕容垂也因此得免。出平州刺史，鎮遼東。并以段氏之妹為繼室，皇后又將其黜之，并將其妹嫁與慕容垂，慕容垂心中不滿，這使他與慕容俊關系更加惡劣。
升平三年(359年)十二月，慕容俊病危，召慕容垂回鄴城(今河北臨漳西南)。升平四年(360年)正月，慕容俊病世，太子慕容暐即位。二月，尊可足渾后為皇太后，以太原王慕容恪為太宰，專錄朝政；上庸王慕容評為太傅，陽騖為太保，慕輿根為太師，參輔朝政。時慕輿根自恃先朝元勛，心不服慕容恪，舉動倨傲。時太后可足渾氏也頗干預外事。慕輿根想要謀反，便勸慕容恪一起謀反，遭到拒絕。后慕容恪將此事告之于慕容垂，慕容垂便勸其誅殺慕輿根，但慕容恪以大局為重，沒有同意。后慕輿根密謀誅殺慕容恪與慕容評，二人聞后，遂將慕輿根誅殺。三月，慕容恪以慕容垂為使持節、征南將軍、都督河南諸軍事、兗州牧、荊州刺史，鎮梁國之蠡臺。
興寧三年(365年)二月，慕容垂隨慕容恪共攻洛陽。三月，克之，俘殺揚武將軍沈勁。隨即慕容恪略地至崤、澠，關中大震，秦王苻堅屯陜城以防燕軍。慕容恪以慕容垂為都督荊、揚、洛、徐、兗、豫、雍、益、涼、秦十州諸軍事、征南大將軍、荊州牧，配兵一萬，鎮魯陽。
慕容恪對慕容垂變現出來的軍事才能大為驚奇，甚為倚重，常對慕容暐說：“吳王將相之才十倍于臣，先帝以長幼之次，以臣先之，臣死之后，愿陛下委政吳王，可謂親賢兼舉”(《晉書·慕容垂載記》)。后慕容恪病重，深慮慕容暐手中無權，而慕容評又多猜忌，便對慕容暐之兄、樂安王慕容臧說：“今勁秦跋扈，強吳未賓，二寇并懷進取，但患事之無由耳。夫安危在得人，國興在賢輔，若能推才任忠，和同宗盟，則四海不足圖，二虜豈能為難哉！吾以常才，受先帝顧托之重，每欲掃平關、隴，蕩一甌、吳，庶嗣成先帝遺志，謝憂責于當年。而疾固彌留，恐此志不遂，所以沒有余恨也。吳王天資英杰，經略超時，司馬職統兵權，不可以失人，吾終之后，必以授之。若以親疏次第，不以授汝，當以授沖。汝等雖才識明敏，然未堪多難，國家安危，實在于此，不可昧利忘憂，以致大悔也”(《晉書·慕容暐載記》)。五月，慕容恪病逝，臨終前，慕容暐親臨問以后事，慕容恪再次向慕容暐推薦慕容垂，說：“臣聞報恩莫大薦士，板筑猶可，而況國之懿籓！吳王文武兼才，管、蕭之亞，陛下若任之以政，國其少安。不然，臣恐二寇必有窺窬之計”(《晉書·慕容恪載記》)。
慕容恪病死后，前秦、東晉均欲乘機圖之。前秦因王公作亂，無暇外顧。而東晉大司馬桓溫則于太和四年(前燕建熙十年，369年)四月，桓溫親率步騎5萬自姑孰(今安徽當涂)出發開始北伐前燕(參見晉攻前燕之戰)。
桓溫先派建威將軍檀玄進攻湖陸(今山東魚臺東南)，克之，俘燕寧東將軍慕容忠。前燕帝慕容暐任命下邳王慕容厲為征討大都督，統率步騎2萬人和晉軍戰于黃墟(今河南開封東)，燕軍大敗，慕容厲單騎逃回，燕高平太守徐翻舉郡降晉。晉軍前鋒鄧遐和朱序又在林渚(今河南新鄭東北)打敗燕將傅顏。慕容暐又派樂安王慕容臧統率諸軍抵抗，慕容臧深感不敵。于是，派散騎常侍李鳳去前秦求援。七月，桓溫進駐武陽(今山東莘縣東南)，前燕舊將、故兗州刺史孫元率宗族起兵響應，桓溫到達枋頭(今河南浚縣西南)。
東晉大軍連戰連勝，使慕容暐和太傅慕容評十分恐懼，商議欲逃故都和龍(今遼寧朝陽)。這時，吳王慕容垂請求率兵抗晉，他說：“不然。臣請擊之，若戰不捷，走未晚也”(《晉書·慕容暐載記》)。慕容暐以慕容垂代替慕容臧為南討大都督，率征南將軍慕容德等5萬步騎抵御桓溫。
慕容暐又派散騎侍郎樂嵩往前秦求救，并答應以割，讓虎牢(今河南滎陽西北汜水鎮)以西的土地給秦為條件。前秦王苻堅召集群臣商議，采納王猛先援弱擊強，后再乘燕衰而取的建議。八月，派將軍茍池和洛州刺史鄧羌率領步騎2萬救援前燕。援軍從秦洛州(今河南)出發，出洛陽進屯潁川(今河南許昌東)，又派散騎侍郎姜撫去燕國報信。
桓溫接連失利，糧草中斷，又聽說前秦援兵將要到達，遂下令焚燒戰船，丟下輜重、鎧仗，率軍從陸路撤回。桓溫從東燕(治今河南汲縣東南)出發，撤退途中恐前燕追兵在上游放毒，命士卒鑿井取水飲用，這樣一直行走了700里。前燕諸將爭欲追擊，慕容垂說：“不可。溫初退惶恐，必嚴設警備，簡精銳為后拒，擊之未必得志，不如緩之。彼幸吾未至，必晝夜疾趨；俟其士眾力盡氣衰，然后擊之，無不克矣”(《資治通鑒·卷第一百二》)。于是，慕容垂親率騎兵8000尾隨桓溫軍行進。桓溫果然加速退兵，幾天以后，慕容垂告諸將曰：“溫可擊矣”(《資治通鑒·卷第一百二》)。遂令諸將急進，在襄邑(今河南睢縣)追上桓溫。慕容德先率領4000名精銳騎兵埋伏于襄邑東澗中，和慕容垂東西夾擊桓溫，大敗晉軍，斬首3萬人。
時秦將茍池又于譙郡截擊桓溫，晉軍死者復以萬計。晉將孫元據守武陽抵抗燕軍，被燕左衛將軍孟高擒獲。十月，天氣漸冷，桓溫收集余眾，屯于山陽(今江蘇淮安)。至此，桓溫攻燕以失敗告終。
慕容垂大敗桓溫，威名大振，慕容評對慕容垂是又忌又恨。后慕容垂為了獎勵麾下將士，便上奏：“所募將士忘身立效，將軍孫蓋等摧鋒陷陳，應蒙殊賞”(《資治通鑒·卷第一百二》)。但被慕容評壓住不報。慕容垂大為不滿，與慕容評相爭。太后可足渾氏素恨慕容垂，遂毀其戰功，與慕容評相謀，欲殺慕容垂。慕容恪之子慕容楷及慕容垂舅蘭建知道后，告訴慕容垂說：“先發制人，但除評及樂安王臧，馀無能為矣。”慕容垂心中不忍，說：“骨肉相殘而首亂于國，吾有死而已，不忍為也”(《資治通鑒·卷第一百二》)。不久，二人又告訴慕容垂說：“內意已決，不可不早發。”慕容垂說：“必不可彌縫，吾寧避之于外，馀非所議”(《資治通鑒·卷第一百二》)。
慕容垂心中憂慮，未敢將此事告訴諸子，同時也是怕引起諸子的騷動。世子慕容令說：“尊比者如有憂色，豈非以主上幼沖，太傅疾賢，功高望重，愈見猜邪？”慕容垂說：“然。吾竭力致命以破強寇，本欲保全家國，豈知功成之后，返令身無所容。汝既知吾心，何以為吾謀？”慕容令說：“主上暗弱，委任太傅，一旦禍發，疾于駭機。今欲保族全身，不失大義，莫若逃之龍城，遜辭謝罪，以待主上之察，若周公之居東，庶幾可以感寤而得還，此幸之大者也。如其不然，則內撫燕、代，外懷群夷，守肥如之險以自保，亦其次也”(《資治通鑒·卷第一百二》)。慕容垂覺得這個辦法很好，遂同意。十一月，慕容垂以打獵為由，微服出鄴，準備回故都龍城。到邯鄲時，卻出了意外，幼子慕容麟向來不為慕容垂所寵愛，便向慕容評告狀，慕容垂左右也多有離去。慕容評知道后，在慕容暐面前盡說慕容垂壞話，遂派西平公慕容強率精騎追之，到范陽(今北京)時，慕容垂派慕容令斷后，慕容強不敢追趕。時天將晚慕容令對慕容垂說：“本欲保東都以自全，今事已泄，謀不及設。秦主方招延英杰，不如往歸之。”慕容垂說：“今日之計，舍此安之”(《資治通鑒·卷第一百二》)！
慕容垂“乃散騎滅跡，傍南山復還鄴，隱于趙之顯原陵”(《資治通鑒·卷第一百二》)。又殺白馬以祭天。慕容令對慕容垂說：“太傅忌賢疾能，構事以來，人尤忿恨。今鄴城之中，莫知尊處，如嬰兒之思母，夷、夏同之。若順眾心，襲其無備，取之如指掌耳。事定之后，革弊簡能，大匡朝政，以輔主上，安國存家，功之大者也。今日之便，誠不可失，愿給騎數人，足以辦之。”慕容垂說：“如汝之謀，事成誠為大福，不成悔之何及！不如西奔，可以萬全”(《資治通鑒·卷第一百二》)。
慕容垂遂率部西行，至河陽，斬津吏而渡。遂自洛陽與段夫人，子慕容令、慕容寶、慕容農、慕容隆，慕容恪之子慕容楷，舅蘭建，郎中令高弼一起投奔前秦，只留可足渾氏于鄴。乙泉戌主吳歸率兵追擊，被慕容令擊退。
自慕容恪死后，前秦王苻堅便有伐燕之意，但一直未成，一是因內亂，二是忌憚慕容垂之威名。苻堅聞慕容垂來歸，大喜，親自到郊外迎接，執其手說：“天生賢杰，必相與共成大功，此自然之數也。要當與卿共定天下，告成岱宗，然后還卿本邦，世封幽州，使卿去國不失為子之孝，歸朕不失事君之忠，不亦美乎！”慕容垂感謝地說：“羈旅之臣，免罪為幸。本邦之榮，非所敢望”(《資治通鑒·卷第一百二》)！苻堅愛慕容令及慕容楷之才，皆厚相待，賞賜巨萬，每次進見，都屬目觀之。關中士民素聞慕容垂父子名，皆向慕之。
秦相王猛深知慕容垂有雄略，怕將來引以為患，便對苻堅說：“慕容垂，燕之戚屬，世雄東夏，寬仁惠下，恩結士庶，燕、趙之間咸有奉戴之意。觀其才略，權智無方，兼其諸子明毅有干藝，人之杰也。蛟龍猛獸，非可馴之物，不如除之。”苻堅未從，說：“吾方以義致英豪，建不世之功。且其初至，吾告之至誠，今而害之，人將謂我何”(《晉書·苻堅載記》)！并以慕容垂為冠軍將軍，封賓都侯，食華陰五百戶。
時前燕綱頹紀紊，日益腐敗。桓溫攻燕結束后，前燕反悔食言，未將虎牢(今河南滎陽西北汜水鎮)以西土地割讓給前秦，前秦遂以此為借口，于十一月派王猛統將軍梁成、鄧羌等率步騎3萬，進攻前燕(參見前秦滅前燕之戰)，并以慕容令為參軍，充當向導。
慕容令逃回前燕后，因忽叛忽歸，而慕容垂又無恙，反而受到猜疑。燕廷將慕容令變相發配，派到極北的沙城去戍守，嚴加監視。的慕容令欲在沙城聯絡舊部，準備起事，又被慕容麟告了密，慕容令被誅殺。
東晉建元二年(前燕十一年，344年)二月，燕王慕容皝親自帶兵攻宇文逸豆歸，以建威將軍慕容翰為前鋒將軍，劉佩為副將；并命慕容霸與慕容軍、慕容恪及折沖將軍慕輿根等率兵分三路并進。宇文逸豆歸派南羅城大(即城主)涉夜干率精兵迎擊；慕容翰出戰涉夜干，兩軍激戰之時，慕容霸則率軍從側翼殺出，殺涉夜干，宇文軍不戰自潰，燕軍乘勝追擊，攻克宇文氏都城紫蒙川(今遼寧朝陽西北)。宇文逸豆歸敗逃，死于漠北。宇文氏從此散亡，慕容皝收其畜產，徙其部眾5000余落于昌黎(今遼寧義縣)，辟地千余里，慕容霸因功被封為都鄉侯。
東晉永和四年(348年)，燕王慕容皝去世，慕容俊(慕容皝次子)即燕王位。永和五年(349年)，后趙主石虎死，后趙大亂。慕容霸(時為平狄將軍)上書慕容俊說：“石虎窮兇極暴，天之所棄，馀燼僅存，自相魚肉。今中國倒懸，企望仁恤，若大軍一振，勢必投戈。”北平太守孫興也上表說：“石氏大亂，宜以時進取中原”(《資治通鑒·卷第九十八》)。可慕容俊卻認為后趙新遭大喪，未同意。慕容霸急至龍城(今遼寧朝陽)，親自對慕容俊說：“難得而易失者，時也。萬一石氏衰而復興，或有英雄據其成資，豈惟失此大利，亦恐更為后患。”慕容俊說：“鄴中雖亂，鄧恒據安樂，兵強糧足，今若伐趙，東道不可由也，當由盧龍；盧龍山徑險狹，虜乘高斷要，首尾為患，將若之何？”慕容霸說：“恒雖欲為石氏拒守，其將士顧家，人懷歸志，若大軍臨之，自然瓦解。臣請為殿下前驅，東出徒河，潛趣令支，出其不意，彼聞之，勢必震駭，上不過閉門自守，下不免棄城逃潰，何暇御我哉！然則殿下可以安步而前，無復留難矣”(《資治通鑒·卷第九十八》)。
永和八年(352年)三月，趙立義將軍段勤聚胡、羯萬余人保據繹幕，自稱趙帝。慕容霸率軍前去攻打，慕容霸軍至繹幕，段勤與弟段思陪舉城投降。由于燕衛將軍慕容恪、撫軍將軍慕容軍、左將軍慕容彪等屢薦慕容霸有命世之才，宜當大任。燕主慕容俊遂于同年以慕容霸為使持節、安東將軍、北冀州剌史，鎮常山。
永和十年(354年)四月，慕容俊稱帝，建號元璽，史稱前燕。慕容霸因訓練軍隊之時，座騎受驚而墜馬，進而折齒，更名為慕容垂。慕容垂被封為吳王，遷鎮信都，以侍中、右禁將軍錄留臺事，大收東北之利。這便慕容俊更加忌妒慕容垂，下詔將其召還。
升平元年(前燕光壽元年，357年)，前燕發兵進攻塞北(長城以北)敕勒。敕勒，又名丁零，高車。魏晉南北朝時，大批敕勒人入塞與其他少數民族雜居，留居漠北草原的敕勒則在公元四世紀日益強大，不斷侵擾中原。前燕入居中原后，經常遭到敕勒人襲擾。同年五月，慕容俊派遣慕容垂(時為撫軍將軍)與中軍將軍慕容虔、護軍將軍平熙率步騎8萬進軍塞北，攻敕勒，大敗之，俘斬達10余萬人，獲馬13萬匹、牛羊無數。北部邊境復安。
時慕容垂娶段末柸女段氏，段氏生子慕容令、慕容寶。段氏才高性烈，與皇后可足渾氏不睦，皇后引以為恨。慕容俊向來對慕容垂不滿，時有人奉可足渾之令告段氏及吳國典書令遼東高弼為巫蠱，想借此把慕容垂牽連進來。慕容俊將段氏及高弼下獄，進行拷問。但二人“志氣確然，終無撓辭”(《晉書·慕容垂載記》)。慕容垂心痛，暗中派人對段氏說：“人生會當一死，何堪楚毒如此！不若引服。”段氏嘆息道：“吾豈愛死者耶！若自誣以惡逆，上辱祖宗，下累于王，固不為也”(《晉書·慕容垂載記》)！后段氏死于獄中，而慕容垂也因此得免。出平州刺史，鎮遼東。并以段氏之妹為繼室，皇后又將其黜之，并將其妹嫁與慕容垂，慕容垂心中不滿，這使他與慕容俊關系更加惡劣。
升平三年(359年)十二月，慕容俊病危，召慕容垂回鄴城(今河北臨漳西南)。升平四年(360年)正月，慕容俊病世，太子慕容暐即位。二月，尊可足渾后為皇太后，以太原王慕容恪為太宰，專錄朝政；上庸王慕容評為太傅，陽騖為太保，慕輿根為太師，參輔朝政。時慕輿根自恃先朝元勛，心不服慕容恪，舉動倨傲。時太后可足渾氏也頗干預外事。慕輿根想要謀反，便勸慕容恪一起謀反，遭到拒絕。后慕容恪將此事告之于慕容垂，慕容垂便勸其誅殺慕輿根，但慕容恪以大局為重，沒有同意。后慕輿根密謀誅殺慕容恪與慕容評，二人聞后，遂將慕輿根誅殺。三月，慕容恪以慕容垂為使持節、征南將軍、都督河南諸軍事、兗州牧、荊州刺史，鎮梁國之蠡臺。
興寧三年(365年)二月，慕容垂隨慕容恪共攻洛陽。三月，克之，俘殺揚武將軍沈勁。隨即慕容恪略地至崤、澠，關中大震，秦王苻堅屯陜城以防燕軍。慕容恪以慕容垂為都督荊、揚、洛、徐、兗、豫、雍、益、涼、秦十州諸軍事、征南大將軍、荊州牧，配兵一萬，鎮魯陽。
慕容恪對慕容垂變現出來的軍事才能大為驚奇，甚為倚重，常對慕容暐說：“吳王將相之才十倍于臣，先帝以長幼之次，以臣先之，臣死之后，愿陛下委政吳王，可謂親賢兼舉”(《晉書·慕容垂載記》)。后慕容恪病重，深慮慕容暐手中無權，而慕容評又多猜忌，便對慕容暐之兄、樂安王慕容臧說：“今勁秦跋扈，強吳未賓，二寇并懷進取，但患事之無由耳。夫安危在得人，國興在賢輔，若能推才任忠，和同宗盟，則四海不足圖，二虜豈能為難哉！吾以常才，受先帝顧托之重，每欲掃平關、隴，蕩一甌、吳，庶嗣成先帝遺志，謝憂責于當年。而疾固彌留，恐此志不遂，所以沒有余恨也。吳王天資英杰，經略超時，司馬職統兵權，不可以失人，吾終之后，必以授之。若以親疏次第，不以授汝，當以授沖。汝等雖才識明敏，然未堪多難，國家安危，實在于此，不可昧利忘憂，以致大悔也”(《晉書·慕容暐載記》)。五月，慕容恪病逝，臨終前，慕容暐親臨問以后事，慕容恪再次向慕容暐推薦慕容垂，說：“臣聞報恩莫大薦士，板筑猶可，而況國之懿籓！吳王文武兼才，管、蕭之亞，陛下若任之以政，國其少安。不然，臣恐二寇必有窺窬之計”(《晉書·慕容恪載記》)。
慕容恪病死后，前秦、東晉均欲乘機圖之。前秦因王公作亂，無暇外顧。而東晉大司馬桓溫則于太和四年(前燕建熙十年，369年)四月，桓溫親率步騎5萬自姑孰(今安徽當涂)出發開始北伐前燕(參見晉攻前燕之戰)。
桓溫先派建威將軍檀玄進攻湖陸(今山東魚臺東南)，克之，俘燕寧東將軍慕容忠。前燕帝慕容暐任命下邳王慕容厲為征討大都督，統率步騎2萬人和晉軍戰于黃墟(今河南開封東)，燕軍大敗，慕容厲單騎逃回，燕高平太守徐翻舉郡降晉。晉軍前鋒鄧遐和朱序又在林渚(今河南新鄭東北)打敗燕將傅顏。慕容暐又派樂安王慕容臧統率諸軍抵抗，慕容臧深感不敵。于是，派散騎常侍李鳳去前秦求援。七月，桓溫進駐武陽(今山東莘縣東南)，前燕舊將、故兗州刺史孫元率宗族起兵響應，桓溫到達枋頭(今河南浚縣西南)。
東晉大軍連戰連勝，使慕容暐和太傅慕容評十分恐懼，商議欲逃故都和龍(今遼寧朝陽)。這時，吳王慕容垂請求率兵抗晉，他說：“不然。臣請擊之，若戰不捷，走未晚也”(《晉書·慕容暐載記》)。慕容暐以慕容垂代替慕容臧為南討大都督，率征南將軍慕容德等5萬步騎抵御桓溫。
慕容暐又派散騎侍郎樂嵩往前秦求救，并答應以割，讓虎牢(今河南滎陽西北汜水鎮)以西的土地給秦為條件。前秦王苻堅召集群臣商議，采納王猛先援弱擊強，后再乘燕衰而取的建議。八月，派將軍茍池和洛州刺史鄧羌率領步騎2萬救援前燕。援軍從秦洛州(今河南)出發，出洛陽進屯潁川(今河南許昌東)，又派散騎侍郎姜撫去燕國報信。
桓溫接連失利，糧草中斷，又聽說前秦援兵將要到達，遂下令焚燒戰船，丟下輜重、鎧仗，率軍從陸路撤回。桓溫從東燕(治今河南汲縣東南)出發，撤退途中恐前燕追兵在上游放毒，命士卒鑿井取水飲用，這樣一直行走了700里。前燕諸將爭欲追擊，慕容垂說：“不可。溫初退惶恐，必嚴設警備，簡精銳為后拒，擊之未必得志，不如緩之。彼幸吾未至，必晝夜疾趨；俟其士眾力盡氣衰，然后擊之，無不克矣”(《資治通鑒·卷第一百二》)。于是，慕容垂親率騎兵8000尾隨桓溫軍行進。桓溫果然加速退兵，幾天以后，慕容垂告諸將曰：“溫可擊矣”(《資治通鑒·卷第一百二》)。遂令諸將急進，在襄邑(今河南睢縣)追上桓溫。慕容德先率領4000名精銳騎兵埋伏于襄邑東澗中，和慕容垂東西夾擊桓溫，大敗晉軍，斬首3萬人。
時秦將茍池又于譙郡截擊桓溫，晉軍死者復以萬計。晉將孫元據守武陽抵抗燕軍，被燕左衛將軍孟高擒獲。十月，天氣漸冷，桓溫收集余眾，屯于山陽(今江蘇淮安)。至此，桓溫攻燕以失敗告終。
慕容垂大敗桓溫，威名大振，慕容評對慕容垂是又忌又恨。后慕容垂為了獎勵麾下將士，便上奏：“所募將士忘身立效，將軍孫蓋等摧鋒陷陳，應蒙殊賞”(《資治通鑒·卷第一百二》)。但被慕容評壓住不報。慕容垂大為不滿，與慕容評相爭。太后可足渾氏素恨慕容垂，遂毀其戰功，與慕容評相謀，欲殺慕容垂。慕容恪之子慕容楷及慕容垂舅蘭建知道后，告訴慕容垂說：“先發制人，但除評及樂安王臧，馀無能為矣。”慕容垂心中不忍，說：“骨肉相殘而首亂于國，吾有死而已，不忍為也”(《資治通鑒·卷第一百二》)。不久，二人又告訴慕容垂說：“內意已決，不可不早發。”慕容垂說：“必不可彌縫，吾寧避之于外，馀非所議”(《資治通鑒·卷第一百二》)。
慕容垂心中憂慮，未敢將此事告訴諸子，同時也是怕引起諸子的騷動。世子慕容令說：“尊比者如有憂色，豈非以主上幼沖，太傅疾賢，功高望重，愈見猜邪？”慕容垂說：“然。吾竭力致命以破強寇，本欲保全家國，豈知功成之后，返令身無所容。汝既知吾心，何以為吾謀？”慕容令說：“主上暗弱，委任太傅，一旦禍發，疾于駭機。今欲保族全身，不失大義，莫若逃之龍城，遜辭謝罪，以待主上之察，若周公之居東，庶幾可以感寤而得還，此幸之大者也。如其不然，則內撫燕、代，外懷群夷，守肥如之險以自保，亦其次也”(《資治通鑒·卷第一百二》)。慕容垂覺得這個辦法很好，遂同意。十一月，慕容垂以打獵為由，微服出鄴，準備回故都龍城。到邯鄲時，卻出了意外，幼子慕容麟向來不為慕容垂所寵愛，便向慕容評告狀，慕容垂左右也多有離去。慕容評知道后，在慕容暐面前盡說慕容垂壞話，遂派西平公慕容強率精騎追之，到范陽(今北京)時，慕容垂派慕容令斷后，慕容強不敢追趕。時天將晚慕容令對慕容垂說：“本欲保東都以自全，今事已泄，謀不及設。秦主方招延英杰，不如往歸之。”慕容垂說：“今日之計，舍此安之”(《資治通鑒·卷第一百二》)！
慕容垂“乃散騎滅跡，傍南山復還鄴，隱于趙之顯原陵”(《資治通鑒·卷第一百二》)。又殺白馬以祭天。慕容令對慕容垂說：“太傅忌賢疾能，構事以來，人尤忿恨。今鄴城之中，莫知尊處，如嬰兒之思母，夷、夏同之。若順眾心，襲其無備，取之如指掌耳。事定之后，革弊簡能，大匡朝政，以輔主上，安國存家，功之大者也。今日之便，誠不可失，愿給騎數人，足以辦之。”慕容垂說：“如汝之謀，事成誠為大福，不成悔之何及！不如西奔，可以萬全”(《資治通鑒·卷第一百二》)。
慕容垂遂率部西行，至河陽，斬津吏而渡。遂自洛陽與段夫人，子慕容令、慕容寶、慕容農、慕容隆，慕容恪之子慕容楷，舅蘭建，郎中令高弼一起投奔前秦，只留可足渾氏于鄴。乙泉戌主吳歸率兵追擊，被慕容令擊退。
自慕容恪死后，前秦王苻堅便有伐燕之意，但一直未成，一是因內亂，二是忌憚慕容垂之威名。苻堅聞慕容垂來歸，大喜，親自到郊外迎接，執其手說：“天生賢杰，必相與共成大功，此自然之數也。要當與卿共定天下，告成岱宗，然后還卿本邦，世封幽州，使卿去國不失為子之孝，歸朕不失事君之忠，不亦美乎！”慕容垂感謝地說：“羈旅之臣，免罪為幸。本邦之榮，非所敢望”(《資治通鑒·卷第一百二》)！苻堅愛慕容令及慕容楷之才，皆厚相待，賞賜巨萬，每次進見，都屬目觀之。關中士民素聞慕容垂父子名，皆向慕之。
秦相王猛深知慕容垂有雄略，怕將來引以為患，便對苻堅說：“慕容垂，燕之戚屬，世雄東夏，寬仁惠下，恩結士庶，燕、趙之間咸有奉戴之意。觀其才略，權智無方，兼其諸子明毅有干藝，人之杰也。蛟龍猛獸，非可馴之物，不如除之。”苻堅未從，說：“吾方以義致英豪，建不世之功。且其初至，吾告之至誠，今而害之，人將謂我何”(《晉書·苻堅載記》)！并以慕容垂為冠軍將軍，封賓都侯，食華陰五百戶。
時前燕綱頹紀紊，日益腐敗。桓溫攻燕結束后，前燕反悔食言，未將虎牢(今河南滎陽西北汜水鎮)以西土地割讓給前秦，前秦遂以此為借口，于十一月派王猛統將軍梁成、鄧羌等率步騎3萬，進攻前燕(參見前秦滅前燕之戰)，并以慕容令為參軍，充當向導。
慕容令逃回前燕后，因忽叛忽歸，而慕容垂又無恙，反而受到猜疑。燕廷將慕容令變相發配，派到極北的沙城去戍守，嚴加監視。的慕容令欲在沙城聯絡舊部，準備起事，又被慕容麟告了密，慕容令被誅殺。
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