又过了一个月，漫长的雨季结束了，洪水也没有像公孙渊和毌丘俭认为的那样席卷襄平城下，还未到首山便退去了。
而此时城中也因为洪水的退去和毫无踪影的吴军而倍感失落，军心士气亦大幅度锐减，此时司马懿抓准战机立刻在襄平城外堆起石丘，造起瞭望楼，并让胡遵和牛金在围城不攻的这段期间内所造出的三十多架霹雳车全部集结于城墙之外。
亲自登上瞭望楼的他远眺着被围数月的襄平城，长叹一口气说道：
“时机到了，也差不多该做个了结了...”
司马师领会了他的意思，站在瞭望楼上挥动着手中的红色旗帜，胡奋、牛金和胡遵得到命令之后当即下令井阑中的弓箭手以及地面上待命霹雳车对襄平城发起总攻。
一时间箭石漫天乱飞，顷刻间如陨石暴雨一般倾泻于襄平城内，整个襄平城都仿佛震动了起来，城内哀嚎声遍野，甚至传到了远在围堑之外的司马懿耳中。
想到受箭石之灾的不仅仅是公孙渊那负隅顽抗的军队，还有无辜的平民百姓，司马懿觉得自己和杀人如麻的刽子手没有区别，可眼下他身为魏军统帅，自然要以破城取胜为优先，至于其他的人个人情感，只能为其而让路。
他想起了自己视为一生之对手的诸葛亮，不禁叹息道：
“昔日孔明围陈仓而不下之时，尚没有想到运用他亲自研制的霹雳车攻城，那是因为他不想伤及城中的无辜百姓，而我曾经也和他一样，但现在，我自己都不认识我自己了...”
在霹雳车和弓箭手的连日袭击之下，襄平城中的公孙渊又惊又怕，且城中的粮草已经耗尽，百姓和军士们为了填饱肚子甚至开始人吃人，襄平城变成了人间炼狱。
不久难以忍受的杨祚带领本部人马三千人连夜逃出了襄平向司马懿投降。
当时司马师问及城中的情形时，杨祚回想起那些令人发指的血腥惨状，忍不住嚎啕大哭起来：
“惨啊！城中的粮草已经断绝了数十天了，百姓们也都已经不是人了，他们为了活下去像是野兽一般在锅中煮着人的尸体！”
所有人听后都倍觉震撼，就连司马懿本人也没有料想到城内居然会变成这样，但他却依旧过保持常人难以理解的冷静：
“看样子公孙渊投降之日不远了...”
果然，三天之后，再也坚持不下去的公孙渊终于决定向司马懿请降，但公孙渊本人并没有亲自出城，而是派出了他任命的相国王建、御史大夫柳甫携带随从前往司马懿营中。
司马懿刚一看到王建和柳甫，根本不和他们对话便下令将他们二人斩首，同时亲自写下檄文交给他们二人携带而来的随从，檄文的大致意思是：
昔日楚和郑是并列的国家，郑伯尚且肉袒牵羊而迎楚军。孤家为王者大臣，位在上公，而王建等要我解围退兵，如楚郑一样同列相待。二人年老胡涂，必是传话不符原意，已经将他们斩首。若还有话要说，可再派年少明智果决的人来。
公孙渊看到檄文之后，又派侍中卫演请求向司马懿投降，并答应让自己的儿子公孙修当人质，恳请放过自己一条性命。
司马懿对出使的卫演用冰冷的口吻说道：
“作战的大要有五：能战当战，不能战当守，不能守当走，剩下也只有投降和死亡两条路可以选择了，如今襄平城中的粮草已经耗尽，军心溃散，不能战亦无力坚守，而我军又将襄平围的如铁桶一般，公孙渊想逃走也不可能了，公孙渊若是不肯亲自出城归降于老夫，那就是决心要以死谢罪了，不需要再送什么人质！”
这次司马懿没有斩杀出使的卫演而是放他回城，卫演见到公孙渊后将司马懿的原话告诉了他，公孙渊这才感到无比的绝望，他的心中早就抱定了宗旨，除非得到司马懿书面上答应放他一条生路的条件，否则他是绝对不会出城投降的，如今司马懿的态度非常明显，他自然也是不甘愿就这样任人宰割的，于是便带着自己的儿子公孙修率领骑兵六百余人趁夜向东南方向逃窜，意欲在马訾水的入海口登船逃亡东吴。
然而他的逃窜早就在司马懿的预料之中，已经率军成功夺取乐浪和带方的邓艾、陈泰早就在西安平张网以待，公孙渊父子被邓艾所斩，头颅一并带到了襄平城下。
不久邓艾和陈泰率军赶赴襄平与司马懿会师，此时的襄平城已经是群龙无首，侍中卫演见已经没有任何可以回旋的余地，只好开城投降。
至此，自司马懿出征以来历时不到一年，公孙渊一手建立的大燕政权便彻底覆灭，司马懿也完全收复了辽东全境，一举解决了自曹操掌权以来公孙家世代割据辽东的态势，使辽东真正划入了曹魏势力范围的版图之中。