晋军将士攻占后秦首都长安后，刘裕急欲返回建康，篡夺晋权，将长安交给儿子刘义真守护，率大军返回建康。晋恭帝司马德文见刘裕匆匆返回，明白自己再也指挥不了摇摇欲坠的万里江山，于是“欣然”禅位，刘裕扭扭捏捏地登上皇帝位，建立宋朝。宣告历时一百零三年的东晋灭亡。史学家为了将其与历史上的宋朝相区分，称之为刘宋王朝。刘宋王朝建立后，可惜刘裕没能享福，因历年鞍马劳顿，只当了两年多的皇帝，就撒手西去。
拓跋嗣听说刘裕病故，十分高兴，决心趁丧伐宋。向崔浩问计，崔浩说：“魏宋两国一直睦邻友好，没有正面冲突，如今趁丧伐宋，不仅理亏，而且不一定能成功。拓跋嗣不服，说：“刘裕当年就因姚兴新丧而伐秦，一举将其歼灭，我今以其人之道还治其人之身，有什么理亏的。”崔浩说：“姚兴死后，诸子并弱，内乱不断，所以刘裕才有机会灭秦，现在，刘裕虽死，其国内军心民心未变，必然死力拒战，前景不容乐观。”拓跋嗣不听，派兵伐宋。
北方，北魏对柔然的战争，因为有花木兰一类的勇将参战，取得了辉煌的胜利。南方对刘宋的战争，就没有那么乐观了。北魏以奚斤为都督，任命公孙表为吴兵将军、广州刺史；率兵南下攻击刘宋政权的军事重镇虎牢。另一支方面军由于栗磾率领，南下进攻河南。黑矟将军攻无不克，刘宋河南太守王涓之被于栗磾的威名吓破了胆，大军甫到，即弃城而逃，于栗磾顺利占领洛阳。
刘宋坚守虎牢的是名将毛德祖，他可不是王涓之那样的草包，尽管被北魏军队重重包围，他临危不乱，成竹在胸。面对重重包围，他命令士兵在虎牢城内挖掘地道，地道深入地下七丈，共挖六条，向六个方向出击，一直挖到北魏军队的包围圈处，然后招募四百名敢死队员，由参军范道基率领，出于地道处，攻击围城的魏军。毛德祖听见喊杀声，冲出城处，里应外合，斩杀魏军数百人，把魏军的攻城器械尽数烧毁，得胜回城。魏明帝拓跋嗣听说奚斤征战不力，十分愤怒，带着有病的身体，亲自率领五万军马，支援前线，把已解围的虎牢等重镇包围得水泄不通。
刘宋守将毛德祖眼看着城外黑压压一片魏军，又想出一条反间计。毛德祖和北魏吴兵将军公孙表原是慕容垂的故旧，两人曾是多年的老朋友，关系很好，毛德祖深知公孙表善于用兵，自己困守孤城，长期对峙下去，从实力，体力，智力各方面都必然不是公孙表的对手，毛德祖深感忧虑，决定借刀杀人，除掉这个老朋友。毛德祖故意以老朋友的身分给公孙表写信，信中说：“我亲爱的老朋友啊，当年我们曾多次讨论应该怎样面对共同的敌人……”虽说是两军对垒，但各为其主，友情仍在，公孙表也不忘旧情，提笔给毛德祖回信。毛一见老朋友果然上当，就拿着回信派人暗中报告了主帅奚斤。说公孙表图谋叛变，准备预约时间，共击北魏。奚斤果然对公孙表产生了怀疑，警告公孙表说：“我听说你和毛德祖是老朋友，而且你们暗中还有信件来往？”公孙表胸怀坦荡，一口承认，并把毛德祖的来信交给奚斤，让他审核。
毛德祖一看北魏的主副帅都一步一步地踏进了自己预设的圈套，又多次写信，在文字的关键处，或容易引起歧义的地方，故意用毛笔涂改，使观信者在涂改之处容易产生丰富的联想。这一处处有意的改动，实际是杀害公孙表于无形的刀。奚斤又见到来信，觉得信件的内容十分可疑，更怀疑公孙表在阅信之后，已将信的原件涂改后再交到自己的手上，就将信的原件悄悄的呈报给了魏明帝拓跋嗣。先前，公孙表和太史令王亮同署办公，公孙表很瞧不起王亮，认为他无德无能，所以多次故意羞辱他。此时，王亮见了来信，就乘机报复，对拓跋嗣说：“公孙表的军队驻守在虎牢的东西，东为甲乙寅卯木，以阴阳五行，木克土，魏以土德，公孙表居东之方位克君王，目无魏主，故尔刘宋军队不灭。这真是欲加之罪，何患无词。拓跋嗣在崔浩的教化之下，也喜好阴阳术数，仔细一想，果然如此，君王处之高位，怎么能够容忍克己的部下。当晚，就派出杀手，悄悄潜入公孙表大帐，乘公孙表熟睡的时候，用绳索勒死了这个一代名将。又因为两军对垒，拓跋嗣毕竟做贼心虚，就对外宣布公孙表暴病身亡，不敢公开这件凶杀事件。
北魏滥杀了战将公孙表，攻击虎牢的战斗就更加困难了。拓跋嗣见久攻不下，又派占领滑台的叔孙建领兵，会合奚斤，共同围攻虎牢。围城攻坚战一直打了两百天，刘宋部队勇敢的斗士尽皆战死，剩下的伤残守军只得退守内城。外郊的三道城墙被魏军攻克两重，毛德祖仍坚守内城，坚持抗战。奚斤为自己这样在一个小小虎牢城前毫无进展而忧虑，就派工兵部队学习毛德祖的办法，在地下挖通道，地道深四十丈，把内城的井水全部引流。毛德祖的士兵们又饥又渴，因无饮水，血都流不动了，又因昼夜戍守，无法睡觉，眼角生疮、溃烂，毛德祖亲自去看望这些士兵，还用嘴唇去舔士兵生疮溃疡的眼角，为之热敷，士兵们十分感动，誓死坚守孤城。
拓跋嗣见毛德祖有勇有谋，失悔自己中了反间计，杀害一代名将公孙表，对部下说：“对毛德祖只能俘虏，生擒，不能斩杀！”奚斤又命令工兵部队将引流井水的泄洪渠往内延伸，终于从地道里冲出，占领了内城。刘宋的士兵们见四面都冒出来北魏的旗帜，扶毛上马，让他骑马突围。毛慷慨地说：“我已发誓和此城共存亡，岂有此城亡而我身存的道理。”拒不骑马外逃，坚持战斗到孤身一人被俘，只有参军沈道基率领二百人的马队突出了重围。
这场旷日持久的战斗，尽管北魏占领了虎牢，却死伤了十之二三的兵力，以拓跋嗣参战部队近八万人计算，损失了近两万人，比刘宋的部队损失还要惨重。这时，拓跋嗣想起临出发前崔浩的劝阻，又一次叹息自己没听崔浩的话，招致这样惨重的损失。回军的路上，闷闷不乐，久病之身再也无法坚持，头脑昏厥，猛地跌下马来。众人手忙脚乱，赶忙把他扶上病床，却因跌断了肋骨，伤及内脏，伤势严重。拓跋嗣深知时日不久，忙在军中传唤太子，对拓跋焘做最后的遗嘱。不外乎是遵照自己的改革方针，继续实施，多听取崔浩的意见，凡事不可擅作主张，说完撒手而去，终年三十二岁。拓跋嗣年纪轻轻丧命，五石散是不可置疑的罪魁祸首。
明元帝当政的十五年，可说是一位承前启后的重要君王，对上，继承了拓跋珪深化改革，变游牧为定居，完成了草原文化向农耕文明的转化演变，初步实现了农奴制向封建制的转化。启下，对自己的施政方针，改革方案，特别是国家机器的建设，毫无保留地将衣钵交给了自己的接班人，对北魏统一北方各游牧部落，建立强大的帝国，进一步汉鲜（各族）民族融合，任用汉族知识分子，毫无保留地汲收先进的汉文化，起到了不可磨灭的作用。
