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慕容楷和兰建走后，慕容垂满脸愁云，一言不发。他的儿子慕容令看出了父亲的心思，便问：“父亲莫非是为受到慕容评的猜忌而忧愁吧？”慕容垂点了点头，十分忧伤地说：“是啊。我拼出老命打败晋军，本想保全国家，没想到功成之后反而没有我的容身之地。你既然看透了我的心思，快替我想一个计策吧。”慕容令胸有成竹地说：“皇上太小，一切事务都委托太傅慕容评，我们很快就会大祸临头，不如暂到龙城，写一封措辞谦卑的谢罪信，让国君明察你的赤胆忠心。如果不行，就占领肥如这一险要之地立身。”慕容垂果断地说：“就照你说的办。”同年十一月，慕容垂以打猎的名义逃出邺城，向龙城方向前进。到了邯郸时，他最不喜欢的小儿子慕容麟逃回邺城向慕容评告发自己的父亲，慕容评马上派慕容强火速追赶，到达范阳时，慕容强遭到了慕容令的堵截，不敢再向前追击。此时已是夕阳西下，慕容令对慕容垂说：“事情已经泄露，即使到了龙城也没有我们的好下场，不如投奔前秦。”慕容垂说：“看来也没有别的办法了。”
前秦苻坚久仰慕容垂大名，听到他的到来，如同得到了稀世之宝，亲自到郊外迎接，还发表了一通热情洋溢的欢迎辞。苻坚的谋士王猛对慕容垂却没有好感，认为慕容父子“譬如龙虎，非可驯之物”，劝苻坚及早干掉慕容垂。苻坚爱惜人才，不仅没有干掉慕容垂，反而把他封为冠军将军、宾徒侯。王猛气不过，设计诬陷慕容垂。慕容垂见自己最终会受到王猛的暗算，便偷偷逃离长安，向东逃命，到了蓝田时被前秦的骑兵捕获。苻坚没有责怪慕容垂，对他仍然十分信任。
建熙十一年（公元370年），前燕被前秦消灭，幽帝慕容日韦和前燕文武大臣被苻坚俘虏。慕容垂看到燕国王孙们，心中不禁产生了伤感之情，但当看到前燕的官吏时，想到了自己昔日被排挤的情景，又面有不悦之色。前郎中令高弼见状，走到慕容垂跟前，悄声说：“现在国家虽然被消灭，但谁敢断定以后不会再复兴！一旦复兴，这些人都能派上用场。希望你不要老是想着他们从前的过失，而是要想到利用他们将来干一番事业。”慕容垂很佩服高弼的远见，立即改变了对前燕遗臣遗民的态度。
慕容垂在前秦虽然很受苻坚的器重，但随着时间的推移，伺机恢复燕国的思想也越来越强烈。建元十八年（公元382年），苻坚提出了出兵东晋的想法，遭到前秦大臣的群起反对，慕容垂却对苻坚说：“强兼并弱，大吞掉小，这是自然规律。大臣们虽然反对，但你根本不必理会他们。”苻坚一听，高兴地说：“能和我共同平定天下的只有你一个人。”次年八月，苻坚命令慕容垂和张蚝带领25万人打先锋。慕容垂出发前，他的侄儿慕容楷、慕容绍对慕容垂说：“苻坚骄傲自大，正是叔父恢复燕国的好机会。”慕容垂从各方面作了分析，料定前秦必定失败，十分自信地说：“是啊！天赐良机！”
淝水一战，前秦的各路大军都被打得一败涂地，惟有慕容垂所率领的3万人安然无恙。苻坚狼狈不堪地带着1000多名骑兵奔赴慕容垂军营。慕容垂的儿子慕容宝见苻坚到来，便对慕容垂说：“苻坚现在就像一条丧家之犬，我们可以乘机把他宰掉。这正是我们等待很久的千载良机啊！”莫容垂长叹一声，说：“你讲的很有道理。但是，苻坚诚心诚意投奔我们，我们怎能对他下毒手呢！再说，如果苍天已经厌弃了他，不怕他不灭亡。我们现在不如暂时放过他，以此报答他对我们父子的恩情，再等机会与他交战。到那时，我们收拾他就不怕别人说我们不仁义了。”慕容垂的弟弟慕容德听了他的话很不以为然，说：“秦强大时消灭了我们燕，秦衰落了我们燕消灭秦，这叫报仇雪恨，有什么不仁义的！”慕容垂苦口婆心地劝说道：“过去我被慕容评排挤，走投无路，投奔了苻坚，苻坚对我很不错，后来我又被王猛诬告，是苻坚明镜高悬，没使我蒙受冤屈，对这些大恩大德我终生都不会忘记。如果秦已注定灭亡，那么我应当占据关东，振兴燕国，至于关西，并不属于我，我怎么也不敢奢望。”说完，宣布将自己的兵马交给苻坚，然后从淮北向长安前进。
其实，慕容垂当时不杀苻坚，固然有报答苻坚恩德之意，但也因为觉得时机还没有成熟，怕乘人之危杀了苻坚，会在政治和道义上失去支持。因此他宁愿采取另一种行动方案。到达渑池时，慕容垂对苻坚说：“北部的一些百姓听说你出师失利，都蠢蠢欲动。我想去安抚他们，顺便拜祭一下我的祖坟。”苻坚满以为慕容垂对自己忠心耿耿，所以也不往别处想，便派3000人护送慕容垂离开了渑池。
慕容垂到达邺城，被苻坚的儿子苻丕安排在一所驿馆里休息。慕容垂根本没有闲心休息，天天秘密地和前燕的旧臣商量重建燕国的事宜。恰在这时，归附秦的少数民族割据势力，丁零翟斌背叛前秦，起兵洛阳。苻丕得到情况后，立即派慕容垂去镇压。苻丕给了他2000兵马，又派自己的心腹将领苻飞龙率领氐族骑兵1000为副，暗中监视慕容垂。到了晚上，慕容垂让幕容宝在前面领路，氐族士兵走在中间，慕容垂的儿子慕容隆带兵跟在后面。走着走着，慕容垂突然让身边的士兵擂响了战鼓，慕容宝、慕容隆立即指挥官兵两面夹击向氐族士兵杀来，很快就把他们杀得一干二净，苻飞龙的脑袋也落了地。
慕容垂杀了苻飞龙之后，翟斌带兵和慕容垂会师，劝慕容垂称帝，慕容垂假惺惺地说：“慕容日韦才是燕国的正统，我们的国君。”又对部下说：“洛阳四面受敌，不是我们的立足之地，不如夺取邺城，控制天下。”于是带兵向邺城挺进。到达荥阳时，自称燕王。
燕元元年（公元384年）正月，慕容垂兵临城下。镇守邺城的苻丕见状，便派姜让出城劝慕容垂及早悔过撤兵。慕容垂根本不吃这一套，对姜让说：“回去告诉苻丕，赶快带兵离开邺城，我将在邺城重建燕国。如果苻丕执迷不悟，那就不要怪我对他不客气了。”慕容垂打发走姜让后，又给苻坚去了一封信，信中说：“我这个人没有什么才能，致使燕国祸起萧墙，我走投无路，只好投奔于你，你对我恩深似海，我终生不会忘记，时刻都想报答你的大恩大德。去年讨伐东晋失利，我仍一心一意拥戴你。为了前秦的安全，我奉命北巡，没想到苻丕既不让我凭吊祖庙，又对我妄加猜忌。丁零族叛乱，苻丕只给我2000手无寸铁的残兵就逼迫我去平定叛乱。又派苻飞龙暗中刺杀我。到了洛阳，苻晖又不让我进城。丁零翟斌见我可怜，推我为盟主，随后投奔我的人络绎不绝。这些全是天意安排，并非我的意愿。既然如此，我也受之无愧了。况且，邺城是我们燕国的故都，理应归还于我。现在我虽然包围了邺城，但念及你对我的恩情，不想猛攻，怕伤及你的儿子苻丕，希望你能让苻丕尽早撤离邺城。”苻坚见信后暴跳如雷，后悔自己养虎遗患，但此时又鞭长莫及，无可奈何，只得写了一封回信把慕容垂父子痛骂一顿而已。
慕容垂见苻坚父子软的不吃就来硬的，下令堵住漳水，用水灌城。直到燕元二年（公元385年），八月，苻丕放弃邺城西撤到晋阳，慕容垂才占领了邺城。次年二月，在中山称帝，改元建兴，史称后燕。
八个月后，西燕主慕容永也进占了长子（今山西长治南），当了皇帝。慕容垂和慕容永本是同根生的堂兄弟，但在慕容垂看来，天上不能有两个太阳，西燕必须立即灭掉。当时，众将都认为后燕连年用兵，官兵已经疲惫不堪，不宜出兵。只有慕容垂的小弟慕容德说：“慕容永是燕国的枝叶，怎能容忍他擅自称帝，蛊惑人心！从后燕的长远利益着想，应当先消灭西燕，统一人心。”慕容垂听完慕容德的话，笑着对大家说：“我的主意已定，决不动摇。我虽然快七十岁的人了，但凭我的智谋足以夺取长子，抓住慕容永。”建兴九年（公元394年）二月，慕容垂出兵攻打西燕。慕容永闻讯匆忙把军粮集中到台壁，然后兵分多路抗击后燕。
慕容垂只想和慕容永斗智，不想斗力，于是摆起了迷魂阵。慕容垂先在邺城西南逗留一个多月，制造从太行大道向长子进军的假象。慕容永不明真相，把防守在台壁的军队调到了轵关，堵住太行山口。慕容垂见慕容永已落入自己的圈套，便率领大军从滏口经天井关到达台壁南部。慕容永发觉上当，马上从太行山调兵反击慕容垂。慕容垂先让骁骑将军慕容国带着1000名骑兵埋伏在山涧当中，待慕容永到来时，慕容垂巧妙地把慕容永引入埋伏圈内。西燕官兵一到，后燕伏兵突然出击，把慕容永的军队一分为二，转眼把他们打得人仰马翻，慕容永仓皇逃回长子。慕容垂乘胜进军，于同年八月攻克了长子，将慕容永及西燕的王公大臣30多人全部斩杀。
消灭西燕，令慕容垂忘乎所以，又于建兴十年（公元395年）五月向北魏用兵。当时散骑常侍高湖言辞激烈地对慕容垂说：“我们和北魏是亲家，北魏对我们也不错，你为什么还要向他们用兵呢？！再说，拓跋焘这个人也不是等闲之辈，千万不可掉以轻心啊！”慕容垂已被胜利冲昏头脑，哪里肯听别人的劝谏！为了警告他人不得再进谏言，他还罢了高湖的官。慕容垂派太子慕容