魏军这支突击部队进展迅速。
十几天之后，到了八月二日，前线即传来捷报：永昌王拓跋健率领的先锋部队虏获了北凉二十多万头牲畜。
北凉主沮渠牧犍听说有北魏大军朝姑臧扑来，他不禁大惊失色，脱口而出：“这又从何说起！”他采纳了尚书左丞姚定国的主意，决定固守城池，并向柔然派出使节求救，又派遣弟弟、征南大将军沮渠董来率领一万多人前去抵抗，可是，这一万北凉军队岂是如狼似虎的魏军对手？还未经厮杀，看到魏军呼啸而来，这支部队即自行溃散而逃。前锋统帅刘洁听信了占卜家的预言，认为时辰不利，没有乘胜追击，沮渠董来率领溃兵这才得以逃回了姑臧城中。拓跋焘听到前线的汇报，不禁大怒，暗暗对刘洁怀恨在心。
八月四日，拓跋焘本人即来到了姑臧城下，他派人敦促沮渠牧犍出城投降。沮渠牧犍听说柔然即将对北魏边境发起进攻，寄希望于拓跋焘会回师解救老窝平城，遂拒绝了拓跋焘的要求，闭城固守。但他的侄儿沮渠祖却越城投降了魏军，拓跋焘得以了解了姑臧城内的虚实，他下令分出一部军队将姑臧城团团围住，又给源贺拨出一部分军队前往姑臧周边地区招降四部鲜卑，在源贺的劝诱下，西部鲜卑共计三万多帐篷的部众归顺了北魏，北魏又获取了十余万头牲畜，拓跋焘得以集中兵力从容进攻姑臧城。
拓跋焘来到姑臧后发现，姑臧城外水草丰美，并非李顺所言，在出师之前，太子拓跋晃也曾对此有疑问，拓跋焘在姑臧城下给拓跋晃写信说：“姑臧城东西门外，泉水从地下涌出，在城北汇合，水势如同大河，除灌溉之外，余水流入沙漠，这里根本就没有干燥之地，特意写下这些，让你放心。”时年12岁的拓跋晃接到父亲的书信，对侍从们说：“（李顺、古弼等人）身为人臣竟然如此不诚实，这岂是尽忠？我听他们说后也曾犹疑，但父亲却毅然决然出师了。他们几乎误了国家大事，说那些话的人还有什么脸面再见到父皇啊！”拓跋焘心中当然也对李顺非常不满，他对崔浩说：“爱卿昔日说的话，今天算是应验了。”崔浩趁机回答：“臣下不敢不说实话，我一向如此。”
九月二十八日，魏军一直将姑臧城包围了近两个月，姑臧外无救兵，而魏军没有丝毫退去的意思，这一天，沮渠牧犍的侄儿沮渠万年率领所部出城投降了魏军，城内顿时瓦解。沮渠牧犍自行捆绑，率领五千多文武百官步出城外投降，拓跋焘亲自解开了他的绳索，接收了城内二十多人及不计其数的珍宝。拓跋焘晋封秃发保周为张掖王，命令他与龙骧将军穆罴、安远将军源贺率军到凉州各地，凉州各族少数民族又有数十万人投降了北魏。
沮渠牧犍投降、魏军占领姑臧及其周边地区以后，凉州尚有四座中心城市没有投降，自东南向西北，分别是：乐都，由其弟、乐都太守沮渠安周驻守；张掖，由其弟、秦州刺史、都督丹岭以西诸军事、领张掖太守的沮渠宜得驻守；酒泉，由沮渠牧犍的弟弟、沙洲刺史、都督建康（甘肃省高台县）以西诸军事、领酒泉太守沮渠无讳驻守；敦煌，由他的堂弟、敦煌太守沮渠唐儿驻守。
魏军占领姑臧以后，拓跋焘命令镇南将军奚眷率军西上进攻张掖，命令镇北将军封沓率军南下进攻乐都。张掖太守沮渠宜得自知不敌，焚烧仓库，向西逃往酒泉，奚眷率军跟踪追击，沮渠无讳、沮渠宜得搜集残余部众，继续西逃至晋昌（甘肃省安西县），从那里又逃到敦煌，投靠沮渠唐儿。南路魏军同样取得了胜利，北凉乐都太守沮渠安周也是不战而逃，向西逃入吐谷浑，封沓掳掠了数千户当地居民而回。
唇亡齿寒。
与北凉结好的柔然、吐谷浑、仇池当然不愿看到拓跋焘消灭北凉，他们根据各自自身的情况分别采取了相应的举动：柔然和仇池位于魏军主力攻击范围之外，两国在拓跋焘兵临姑臧期间均出兵魏境，企图牵制魏军，柔然大举南下，而仇池则出兵北上，企图夺取4年前丢失的上邽。由于吐谷浑与北凉紧邻，它不仅不敢进击魏军，相反，当吐谷浑王慕利延听说魏军攻克姑臧以后，吓得魂不附体，率众越过沙漠西逃，拓跋焘以其兄慕璝曾生擒大夏主赫连定，派出使节前去安慰，让他又回到了旧地。其实，当时的魏军转战数千里，首尾不能兼顾，战略态势并不容乐观，好在是，数年来，拓跋焘早已未雨绸缪，为今天做好了充分的准备：一是提前打击柔然，企图最大限度地削弱其南下的冲击力；二是提前占领上邽要地，封住仇池搅乱关中的触角；三是提前进攻上洛，堵住刘宋雍州之军可能北上关中的通道；四是继续结好刘宋，以免刘宋趁机兴风作浪。与此同时，身在姑臧的拓跋焘在凉州这一局部地区，也采取了比较正确的战略，那就是：集中全力对付北凉残余势力，避免过多树敌，这主要体现在两个方面：一是对北凉残余势力穷追猛打，在奚眷兵不血刃占领酒泉、张掖等地、将沮渠无讳等人赶到遥远的敦煌以后，拓跋焘任命弋阳公元洁镇守酒泉，并在武威、张掖等地也都安排了守将；另一方面，封沓在赶走乐都太守沮渠安周以后，并没有占领乐都，而是那里撤离了，其用意就在于，这里毗邻吐谷浑及羌族部落，此时的拓跋焘尚不愿魏军深陷到与吐谷浑等势力争斗的泥潭中，此时派人安抚吐谷浑同样出于这一目的。
拓跋焘在姑臧城内大宴群臣，他对大家说：“崔浩智慧超群，已不足为奇，而伊馛乃一武士，他的见识竟然与崔公相同，这就非常难能可贵了。”然后，他回过头来，对崔浩说：“伊馛的头脑如此，一定能做到王公将相的位置。”崔浩回答：“是啊，何必非要读书？卫青、霍去病也没读过什么书，但都能建功立业，位至王公大臣。”拓跋焘笑着说：“确实如此。”后来，伊馛位至司空、领太子太保，真的做到了三公。从《魏书·伊馛传》等处的记载上看，拓跋焘此次灭凉，是带着崔浩了的，这从另外一个侧面说明了拓跋焘对这一战的重视程度。