還未到臨朐，慕容超通過對戰區地圖的研究，發現了一個戰機。他認為，時值盛夏，晉軍又剛剛翻山越嶺，一定口渴難耐，所以一定會選擇有水的地方紮營（當年馬謖失街亭，甚至張靈甫命喪孟良崮，最重要的原因之一都是駐地沒有水）。正好在臨朐城東麵有一條小河，叫巨蔑水（今彌河，源出沂山，由南向北流入渤海），是城外最重要的水源。於是，他派人快速趕到前線，命令公孫五樓說：“你應馬上率軍占據巨蔑水，勿讓晉軍得到水源，那樣渴也能把他們渴死，如果被晉軍搶了先，就不好對付了。”
這次倒讓慕容超猜對了，劉裕確實在打這條河的主意。公孫五樓剛到，晉軍中的兩員少年猛將，龍驤將軍孟龍符和鎮軍參軍沈田子率晉軍的先頭騎兵趕到，二話不說，狹路相逢勇者勝，兩軍就在河邊打了一場倉促的遭遇戰。五樓大人雖然在談論兵法時有不俗的表現，但在真刀真槍的戰場上水平卻不怎麼樣，在孟、沈二將的攻擊下，南燕軍猶如被餐刀切割的奶油蛋糕，立即敗退，水源遂被晉軍搶占。
本來晉軍的首項目標已經完成，可少年氣盛的孟龍符偏偏想要超額完成任務，也不等後續晉軍趕來，便獨自追趕敗走的南燕軍隊。晉軍騎兵數量本來就少得可憐，他又追得太過積極，把從騎都遠遠甩在了後麵，幾乎是一人衝進了數千敵軍之中，南燕軍立即將他團團圍住。孟龍符毫不畏懼，抖擻精神，往來衝突，每一回合都要讓幾名燕軍喪命槊下，但終因寡不敵眾，最後戰死陣中，年僅二十二歲，畢竟以一敵千的神話不是時時能夠上演的。
公孫五樓雖然僥幸殺了孟龍符，卻被晉軍的勇猛無畏給嚇住了，盡管他此時的兵力應該多於晉軍的先頭騎兵，也沒有膽量返回去招惹沈田子了，隻得率軍退回。慕容超的幹渴戰術失敗了，他現在隻能把擊敗晉軍的希望寄托在南燕軍最後的王牌——甲騎具裝上了。
在臨朐城的南邊平野上，晉軍已經集結完畢，劉裕讓大軍稍事休息後，開始發起正式攻擊，大戰終於要打響了。因為這是劉裕第一次與北方軍隊打仗，他還沒有與甲騎具裝交戰的經驗，本著量敵以寬的原則，劉裕采取的戰術非常謹慎。
為了防備南燕軍的重騎兵從側麵衝破晉軍陣形，劉裕將軍隊排成一個巨大的方陣，動用四千輛兵車，兩兩相連，在兩翼展開，以阻止側麵衝擊。兵車靠外側的一麵，全都豎起了由木板或生牛皮做成的護幕，其結構類似後來機槍或火炮上的防盾，陣中的晉軍可以通過護幕間的縫隙，射殺迂回攻擊的燕軍騎兵，而燕軍騎兵的弓箭則被護幕阻擋，很難對陣內的晉軍構成有效殺傷。晉軍的主力步兵則聚集在方陣中央，向前方伸出如林的矛槊，閃耀著冷森森的寒光，與兩側的車兵密切配合，緩慢而堅定地向臨朐城方向推進，顯出不可阻擋的強大氣勢！晉軍數量不多的騎兵，被劉裕當成了救火隊，在方陣的兩側和後方機動巡邏，隨時救援可能出現的險情。就這樣，劉裕將數萬大軍做成了一座移動的堅固城堡，足夠崩落同時代任何一支騎兵的牙齒！
慕容超不相信自己的重騎兵會打不敗劉裕的步兵，確實很想試試。他任命兗州刺史段暉為主帥，率全軍迎戰晉軍，打算先用重騎兵衝破晉軍防禦陣形，再將步兵投入追擊，力求打敗劉裕。自己則高坐臨朐城頭，遠遠觀戰。
南燕軍首先發起了攻擊。甲騎具裝們雖然披著厚厚的甲胄，但衝向布滿銳利矛尖的方陣正麵，顯然也不是明智之舉，於是他們向兩翼機動，試圖衝破防禦力相對薄弱的方陣側麵。當然，這隻是他們一相情願的想法，他們很快發現：由兵車相連組成的路障更難突破！戰馬再強壯，也是血肉之軀，去和沒有痛覺的兵車相撞，倒黴的隻是馬，順帶著馬上的騎兵。不僅如此，他們的箭和槊也很難傷到護幕背後的晉軍，晉軍士兵卻能躲在護幕後通過幕間的間隙，用強弩給他們一一點名。這仗打得真讓南燕騎兵鬱悶啊！