一二一、合击段辽
对于慕容皝来说，协助石虎消灭段辽，无疑也冒着相当的风险。
这是因为，相对于石赵王国而言，慕容部与段氏较弱，一旦一方被灭，留下来的另一方势必要单独面对强大的石赵帝国，要么与石赵帝国为敌，要么成为其附属国。按理说，慕容部与段氏过去一直奉东晋正朔，又都同属一个种族，二者不应交恶。然而，段辽却借着慕容部内乱趁火打劫，点燃了与慕容皝之间的仇隙。这不得不促使慕容皝铤而走险，放弃了一直与石赵王国为敌的政策，转而试图利用石赵王国彻底消灭段氏。
“天作孽犹可恕，自作孽不可活”。
段辽不仅与北面的慕容部为敌，而且，还派遣从弟段屈云袭击石赵王国的幽州，迫使石赵王国的幽州刺史李孟退保易京（河北省雄县）。也许，此时的段辽已经知道了石赵帝国将要发起对自己的进攻，他要先下手为强，在大战之前尽可能地扩大自己的战略纵深。
与此同时，慕容部与石赵王国对段氏灭国性打击的准备工作，也在紧锣密鼓地进行着。咸康四年（公元338年）1月，慕容皝专门派遣都尉赵槃前往邺城，与石虎秘密敲定攻击的具体日期，石虎则为了准备即将开始的大战，在全国范围专门招募了3万名骁勇之士封为龙腾警卫官，（即龙腾中郎，石虎将禁卫军中的“直荡” 改为龙腾。《隋书，百官志》左右卫府下，有御仗、直荡、直卫、直突、直阁等，直荡为左右卫所领之一营。）
在一切准备就绪之后，石虎亲率大军进屯金台（河北省易县境内），另以桃豹为横海将军，王华为渡辽将军，统帅舟师10万，从漂渝津（当在河北省黄骅市东渤海岸）入渤海北上；以支雄为龙骧大将军，姚弋仲为冠军将军，统领步骑10万为前锋（《资治通鉴》称7万），水陆俱进大举讨伐段辽。
前锋支雄长驱直入，进攻刚刚被段辽拿下的幽州，段辽任命的渔阳（北京市密云县）太守马鲍、代（河北省蔚县）相张牧、上谷（河北省怀来县）相侯龛等相继投降，石赵军进展迅猛，很快拿下了段氏南部的四十余城。
与此同时，在这一年的3月，赵槃回到了棘城，向慕容皝汇报了合攻段辽的具体计划，燕王慕容皝也立即从北面发起了对段辽的攻击，慕容部骑兵抢掠段氏首都令支（河北省迁安县）以北各个城池。段辽将要派遣弟弟段兰率军追击，身在段氏的慕容翰知道，这次是弟弟慕容皝亲自带兵，战必能胜，因此，他劝谏段辽说：“如今石虎大军将至，大敌当前，不应因小失大。燕王亲自前来，锐不可当。兵者凶器，战有危险，一旦与燕王相斗失利，我们如何再去应对石虎的大军呢？”段兰一听不禁大怒，他说：“我上次就是听了你的谎话，柳城之战没有乘胜追击，致使造成了今日之患，如今我不会再中你的圈套了！”于是，段兰率众追击慕容皝，双方发生激战，结果，慕容部击败段兰，斩首数千级，并抢掠了段氏五千余户民众和数万牲畜，返回了国内。
南线，石虎部将支雄进攻安次，斩段辽部大夫那楼奇。北平（河北省遵化县）相阳裕率众退保燕山不降，石虎众将担心阳裕会断大军后路，石虎却说：“阳裕是个儒生，珍惜名节，耻于迎降，不会怎么样的。”于是，石虎大军没有在此纠缠，而是直至徐无（河北省遵化县东）。
段辽主力全部被段兰带到了北线，而又因为段兰与慕容皝之战失败，实力大损，因此，段辽心中十分害怕，不敢迎战，他率领妻子、宗族、豪强共计一千多家，放弃了首都令支，向西北逃往密云山（北京市密云县南）。段辽将行，拉着慕容翰的手哭着说：“没有听从你的话，自找灭亡，我是咎由自取，只是害得你无处藏身，我实在是对不起你！”于是，慕容翰逃奔宇文部。
段辽右左长史刘群、卢谌、司马崔悦等封其府库，派遣使者请降。石虎派遣将军郭太、麻秋等二万轻骑追赶段辽，结果，追上了段辽，双方在密云山交战，郭太、麻秋又抓获了段辽的母亲和妻子，并斩首三千级。段辽单身匹马远远躲避，派自己的儿子段乞特真给石虎送上降表以及名马，石虎接受了。
石虎住在令支的段氏宫殿之内，论功行赏，将段氏国民二万余户迁往雍、司、兗、豫四州，段氏国中有才能的人士全部都任命为各级官吏。阳裕听说令支已下，率众从燕山上下来，到石虎的军门投降，石虎说：“你过去做段氏的奴才却逃亡，如今却以士大夫的身份来见我，是你明白天命抑或是走投无路呢？”阳裕回答：“我过去侍奉王浚，不能有所帮助，逃到段氏，还是不能保全。如今，陛下您撒下天网，笼罩四海，幽州、冀州的豪杰之士无不望风响应，和臣下这样的比肩接踵，因此，我不会一个人感到羞愧。至于我的性命全在陛下您的手中！”石虎听了很高兴，让阳裕继续做他的北平太守。
《晋书，石虎载记》记载：“先是，北单于乙回为鲜卑敦那所逐，既平辽西，遣其将李穆击那破之，复立乙回而还。”此处的北单于乙回和鲜卑敦那，当是拓跋翳槐和拓跋纥那的另外一种译法，也就是说，根据《晋书，石虎载记》的说法，石虎派李穆纳拓跋翳槐是在咸康四年平定辽西段氏之后的捎带之举，而《资治通鉴》则依据《魏书》将此事系于咸康三年，综合当时的情况，石虎借着大军北上顺便让依附自己的拓跋翳槐复辟，从而安定了帝国的西北部，是比较可信的。这也从一个侧面说明了李穆仅仅带领5000骑兵，就让拓跋纥那狼狈逃出大宁的原因，当时拓跋部的情况极有可能是：因为拓跋部众摄于石虎北上大军的声威，为了部族的生存而赶走了拓跋纥那。
在令支的石虎要重新建立起北方的统治秩序。对于段辽的国内，他采取了接受段辽的投降、大量任用段氏旧人、迁出段氏国民等一系列措施；对于段辽周边地区，他树立了忠于自己的拓跋政权，目的都是维护石赵王国北方边境的安全。不过，狡猾的慕容皝却没有如双方先前约定的那样，在令支城下与石虎会师，而是在掠夺了段氏的财物之后，就扬长而去，坐看石虎与段氏火并。虽然石虎的部队没有与段氏进行大规模的战斗，但是，慕容皝这种两面三刀的做法，绝非一个称臣的下属应该做的，这让石虎感到受到了空前的愚弄。