随后刘裕乘胜追击北上，攻克广固外城。慕容超退守内城。刘裕筑围困之，招降纳叛，争取民心，并就地取粮养战。慕容超被困于广固内城，先后遣使驰往后秦求援。
同年七月，后秦主姚兴派卫将军姚强率步、骑兵一万，与洛阳守将姚绍汇合，统兵共救南燕。并遣使向刘裕宣称，后秦以十万兵屯洛阳，若晋军不还，当长驱而进。刘裕识破姚兴虚张声势，不为所动。不久，姚兴被胡夏军击败，遂令姚强撤回。慕容超久困于广固，不见后秦援兵，欲割地、称藩于东晋，刘裕不允。南燕大臣相继降晋。
同年九月，刘裕截获为借兵去后秦的韩范，使其绕城而行，以示后秦救兵无望，城内南燕守军惊恐。随后到了十月，晋军在前燕降将张纲的帮助下，制成了飞楼、冲车等攻城器具，加强了攻防能力。
公元410年二月，贺赖卢、公孙五楼率军挖地道出击晋军，被击败，退回内城。刘裕乘机四面攻城，南燕尚书悦寿打开城门迎降，晋军攻入广固内城。慕容超率数十骑突围而走，被晋军追获，南燕灭亡。刘裕以广固久守不降为由，入城后，尽杀南燕鲜卑族王公以下三千人以泄愤。慕容超被押送回师，在建康街头斩首。
占据岭南的卢循、徐道覆趁刘裕领兵在外，于公元410年起兵，进攻江州。朝廷急征刘裕，而当时刘裕刚灭南燕，收到诏书就撤还建康。刘裕至山阳时知江州刺史何无忌已战死，于是加速回防建康，并于四月赶至。五月，豫州刺史刘毅大败于卢循。卢循继续东下，而刘裕当时就招募兵众，修治石头城并于当地聚兵。不过，由于刘裕急急南返，士卒多有伤病，而建康兵力亦不过千人，面对有十多万人的卢循大军显得实力悬殊，然而刘裕坚决不肯接受诸葛长民及孟昶奉安帝北归广陵避敌的建议，决意死战。
卢循军到后停驻蔡洲，刘裕就以木栅阻断石头城及淮口，修治越城并建查浦、药园、廷尉三个堡垒，分兵戍守以御卢循，卢循曾分疑兵进攻白石及查浦，自率大军进攻丹阳郡，但都没有取胜，而且在各县中都无法抢掠到物资，于七月退兵江州。十月，刘裕率刘藩、檀韶、刘敬宣等人进攻卢循，并于十二月以火攻击败卢循船队，卢循试图于左里反击，但遭大败，只得南逃广州。但刘裕早已派孙处及沈田子经海路攻占了卢循的根据地番禺，卢循一再败逃，终为交州被刺史杜慧度所杀。徐道覆则在始兴被杀。
随后刘裕于公元411年正月班师回到建康，被改授为大将军、扬州牧，赐班剑二十人，但他极力推辞。随后，刘裕将南征北战中阵亡将士的名单列上，请朝廷为其安葬；如果遗体尚未运回的，派主帅前往收敛，送回本土。卢循之乱基本平定后，刘裕再次辞去大将军之职，晋帝于是任他为太尉、中书监。
可以说此时的刘裕已经到了人臣的巅峰，如果更进一步接下来就是行不臣之事了。