时辽水大涨，毋丘俭不利而还。
毋丘俭讨伐受阻，使公孙渊更加得意。景初元年（237年），原魏辽东太守公孙渊背叛魏国，自立为燕王，置列百官，定都襄平。公孙渊遣使南通孙权，封拜边民，诱呼鲜卑，侵扰北方。
于是，景初二年（238年）正月，魏明帝召回司马懿，命他率兵讨伐。
魏明帝问他估计公孙渊有什么对策，司马懿说：“事先弃城逃走，是上计。凭借辽水抗拒我大军，这是次计。坐守襄平，那他就要当俘虏了。”
魏明帝又问：“公孙渊会采用哪种？”
司马懿回答：“只有聪明人能正确估量彼此实力。预先弃城，不是公孙渊所能做到的。他定会认为我们这次孤军远征不能持久，先在辽水抗拒，再退守襄平，这是中计和下计”。
魏明帝问：“往还需要多少时间？”
司马懿说：“去百日，回百日，攻战百日，用六十天休息，一年时间足够了。”
当时朝廷大修宫室，加上军用物资，百姓饥弊。司马懿出征前劝魏明帝说：“昔日周公营造洛邑，萧何建造未央宫，今日宫室不完备，这是我的责任。然而黄河以北，百姓穷困，内外徭役繁多，势必不能百废俱兴，应暂时停止内务，以救目前之急。”
临行时亲友相送，司马懿感慨作歌：“天地开辟，日月重光。遭遇际会，毕力遐方。将扫群秽，还过故乡。肃清万里，总齐八荒。告成归老，待罪舞阳。”
正月，司马懿率牛金、胡遵等步骑四万，从京师出发，经孤竹，越碣石，六月，进至辽水。公孙渊果然急令大将军卑衍、杨祚等人率步骑数万，依辽水围堑20余里，坚壁高垒，阻击魏军。
司马懿采用声东击西之计，先在南线多张旗帜，佯攻围堑，吸引敌军主力，而以主力隐蔽渡过辽水，逼进敌军的襄平本营，部将不解问其原因。
司马懿说：“敌人坚营高垒，就是想让我们兵疲粮尽，若攻城，正中其计。古人曰，敌虽高垒，不得不与我战者，攻其所必救也。现在他们大军在此，老巢却空。我直指襄平，敌军必惧，惧而求战，破之必矣”。
接着整顿阵列前进，敌军果然出来截击。司马懿对诸将说：“我之所以不攻其营，正是要等现在的局面。”于是指挥魏军痛击，三战皆捷，遂乘胜进围襄平。
当初公孙渊闻魏军来攻，求救于孙权，孙权也出兵为其声援，并给公孙渊写信：“司马懿善用兵所向无前，深深为贤弟感到担忧啊。”
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