建兴十年（395年）四月，北魏拓跋珪正式与后燕决裂，开始进攻后燕的附塞诸部。这一方面是双方在失去了西燕等缓冲势力后，直接的利益冲突开始出现，矛盾升级。另一方面也是双方对政治关系的认识存在错位，后燕想控制北魏，而北魏则欲独立发展。建兴十年六月二十六日，慕容垂遣太子慕容宝、辽西王慕容农、赵王慕容麟等率兵八万，自五原（今内蒙古乌拉特前旗东南）进兵讨伐北魏；以范阳王慕容德、陈留王慕容绍率兵一万八千为后援。散骑常侍高湖切谏不可伐魏，慕容垂大怒，免其官职。七月，后燕兵近北魏，拓跋珪示敌以弱，迁徙部落牲畜，向西躲避千余里。后燕军逼近五原，北魏别部三万余家投降后燕，慕容宝等收北魏粮食百余万斛，置于黑城（今内蒙古武川县南），作为物资储备。继续进兵到达黄河北岸，准备造船渡河。拓跋珪一面准备抗击后燕军，一面派遣右司马许谦向后秦求援。

八月，拓跋珪征集部众于河南。九月，魏兵进军临河，慕容宝列兵黄河之北，准备渡河交战，但被暴风吹走战船数十艘于南岸，北魏因此俘获后燕甲士三百余人。在此之前，拓跋珪已经派人将慕容宝往来中山的信使全部捕获，断绝了慕容宝与中山的消息往来。慕容宝出兵之前，慕容垂又已患病，而且年近七旬，拓跋珪的阻截行动使慕容宝数月之间无法获得慕容垂的消息，拓跋珪又借机派被俘者临河宣告燕军，谎称慕容垂己死，使慕容宝军心震动。

此时，拓跋硅己派遣陈留公拓跋虔率骑兵五万屯于河东，东平公拓跋仪率骑兵十万屯于河北，略阳公拓跋遵率骑兵七万阻击燕军南归之路，燕军己经逐渐落入北魏的包围之中。而后秦姚兴见后燕、北魏两虎相争，也遣杨佛崇率兵救援北魏，欲趁机渔。后燕随军术士靳安以天时不利为由，劝慕容宝退兵，但慕容宝自以为兵力强盛，北魏绝非对手，并不听靳安所请。魏、燕双方在黄河两岸相持十余日后，赵王慕容麟部将慕舆嵩等都认为慕容垂已死，又见久顿疆场，正可趁机为乱，于是密谋叛乱，拥立慕容麟为主。但被慕容宝发觉，慕舆嵩等被斩，此事使慕容宝与慕容麟之间生出嫌隙，后燕军中遂自相疑惧。十月二十五日，慕容宝以久守无功，而且疑心中山事态变化，遂烧船夜遁，准备退回中山。此时虽值深秋，但黄河尚未结冰，慕容宝认为拓跋珪必然无法迅速渡河追击，于是没有派兵侦查魏军动向即率兵退走。十一月三日，突然暴风降温，黄河结冰，拓跋珪立即引兵渡河，抛弃辎重，选拔精锐骑兵二万人追击慕容宝。

后燕军队到达参合陂（今内蒙古凉城县东北岱海）后，沙门支昙猛建议慕容宝派兵殿后，以防御北魏的追兵。慕容宝认为北魏隔于黄河天险，不可能追及；但在支昙猛的强烈要求，以及司徒慕容德劝说下，还是派遣慕容麟率三万骑兵作为殿后部队。但慕容麟也认为魏兵不会追及，因此纵骑游猎，并未设置警备。

另一面，慕容宝派遣侦查魏兵动向的侦骑，在骑行十余里后，也都解鞍休息，因此并未发现北魏大军己至。此时魏军昼夜兼行，九日暮，抵达参合陂之西，燕军此时正扎营于参合阪之东蟠羊山南水上。魏王拓跋珪趁夜分派诸将，准备掩击燕军，士卒皆衔枚束马口而进。十日日出，魏军即登上蟠羊山，下临后燕营寨。此时燕军正准备拔营东归，突然发现魏军攻至，士卒大乱。拓跋珪纵兵进击，燕兵仅淹死及踩踏致死即达数万人。略阳公拓跋遵率兵截击燕军归路，燕兵四五万人皆束手就擒，逃走者仅数千人。慕容宝及慕容德等仅以身免，陈留王慕容绍战死，鲁阳王慕容倭奴、桂林王慕容道成〔即慕容镇）、济阴公尹国等文武将吏数千人被俘，慕容宝妻子、宫人，以及军资器械十余万均为魏军所获。拓跋珪选择燕臣中有才能者留用，其余众人均欲给以衣粮遣归，以此收买后燕人心。但北魏中部大人王建建议诛杀降众，以此来削弱后燕国力，拓跋珪于是全部坑杀后燕降兵。

十二月，慕容宝败归中山，但心中对参合陂之败颇感羞愧，于是屡次请求再次出兵。司徒慕容德也建议慕容垂亲自讨平北魏。慕容垂于是以清河公慕容会总理留台事物，领幽州刺史，代替高阳王慕容隆镇守龙城；以阳城王兰汗为北中郎将，代替长乐公慕容盛镇守蓟城：命慕容隆、慕容盛各率属下精锐返回中山，准备明年北伐北魏。后燕永康元年（396年）正月，高阳王慕容隆所部龙城之众进入中山，军容精整，使后燕人心稍振，慕容垂又遣征东将军平规征发冀州之兵。

二月，前往冀州的平规以博陵、武邑、长乐〔今河南安阳县东）三郡之兵反于鲁口，其从子冀州刺史平喜切谏不听，平规弟海阳令平翰也起兵于辽西以响应平规。慕容垂遣镇东将军余嵩出兵击平规，余嵩战死。慕容垂只能先率兵讨伐平规，兵到鲁口后，平规弃其大众，仅将妻子及平喜等数十人渡河逃走，慕容垂以首要任务在灭魏，故并未穷追平规即引兵而回。平翰率兵进攻龙城，被清河公慕容会遣东阳公慕容根击破，逃往山南。

三月二十六日，慕容垂留范阳王慕容德镇守中山，亲自率兵秘密出发，讨伐北魏。燕军经天门（今河北定州西北倒马关），翻越青岭（今河北易县西南五回山），凿山开道，准备直取云中（今内蒙古托克托县东北）。此时北魏陈留公拓跋虔率部落三万余家镇守平城（今山西大同市东北），慕容垂兵到猎岭（今山西代县东北），即遣辽西王慕容农、高阳王慕容隆为前锋，袭击平城。拓跋虔因后燕新败，故并未有所防范。闰三月十二日，燕军抵达平城，此时拓跋虔才发觉燕军动向，急忙率麾下士卒出战，仓促中战败被杀，部众三万余家降于后燕。此战后燕出其不意，兵锋甚锐，使拓跋珪大为惊恐，即欲逃遁，而北魏所属诸部也人心动摇。

但后燕并未能趁势攻灭北魏。早在兵过参合陂之时，慕容垂因见去年大战过后，参合陂尸骨堆积如山，于是进行吊祭。而此时后燕军中之人，多为参合陂死者之父兄，于是后燕军中尽皆痛哭，声震山谷。慕容垂因此惭愤吐血，就此发病，仅能乘马舆前进。行军过平城三十里后，病况转重，太子慕容宝等此时已兵到云中，知慕容垂病重后，皆率兵返回。而拓跋珪也以为慕容垂已死，即欲率兵追击，听闻平城失陷而退，屯兵于阴山。慕容垂以病重无法继续进兵，驻军十余日后，即筑燕昌城（今山西大同市西北）而回。四月十日，慕容垂在返回中山的途中卒于上谷沮阳（今河北怀来县东南），时年七十一岁。遗命慕容宝等“丧礼一从简易……秘勿发丧，至京然后举哀行服”。二十三日，慕容宝等依慕容垂遗训，秘丧返回中山二十五日，为慕容垂发丧，谥号武成皇帝，庙号世祖，墓曰宣平陵。二十九日，太子慕容宝即帝位，大赦，改元永康。

后燕由盛转衰：参合陂之败、慕容垂逝世