同年六月，司马懿率兵两万向辽隧挺进。
由于司马懿的名声太大，使得公孙渊不得不重视这位素未谋面的重量级对手，所以他事先在黑山魏营周边派遣了众多密探斥候打探情报，司马懿率领两万人马向辽隧进发又怎么能够在这种情况下掩人耳目呢？所以消息很快就传到了公孙渊所在的襄平。
不知道司马懿会采取何种策略攻城的公孙渊，却对司马懿当初奇袭新城、力保襄阳、耗死诸葛的大名如雷贯耳，处于保守起见命令辽隧守将卑衍依辽水围堑二十余里设防，利用之前贾范所设置的坚壁高垒严阵以待，阻击司马懿的来犯。
六月中旬，司马懿的大军进至辽水边，濒临辽隧城下。
亲自来到敌军壁垒前巡视的司马懿，发现贾范生前所布置的防御工果然严密坚实，强攻便损伤巨大，但他也为自己未能有机会和贾范这样的高手对阵感到遗憾，面对即将展开的作战，他感叹道：
“天地开辟，日月重光。遭遇际会，毕力遐方。将扫群秽，还过故乡。肃清万里，总齐八荒。告成归老，待罪舞阳。”
司马懿特地将自己的军营设立在围堑防御工事的正对面，树立起多张写有“司马”的旗帜，每日都向敌军叫阵进攻，可都收效甚微，卑衍指挥守军击退了魏军数十次的冲锋。
消息分别传到了君巫闾和襄平，毌丘俭和公孙渊听后的反应出奇的一致，他们认为司马懿不过是空有虚名军中老卒的罢了，攻城方式竟然如此单一呆板，且一遇到城中顽强抵抗便仓皇撤退，和传闻中那个无往不胜的司马懿可谓是天地之差，因此不禁暗中讥笑。
可他们笑的太早了，司马懿的攻城不过是掩人耳目的障眼法罢了……
连续攻城数日之后，司马懿亲自来到军前观看两军阵势，他发现城中的守军已经完全不把自己所率领的这两万人当回事，甚至连冲锋都懒得应对了，只是举高放箭以退敌，并没有先前那般的紧张和高昂的斗志。
看到这番景象，司马懿却露出了满意的笑容，他转过身对统兵进攻的胡遵说：
“我看差不多了……”
之后司马懿下令停止攻城，大军原地休整待命。
（六）
就这样又过去了三天，司马懿依旧没有采取任何的军事动作，然而辽东的局势发生了巨大的变化：
原本摇摆不行的鲜卑和高句丽不知为何突然摆明态度效忠于魏室，和公孙渊彻底划清了界限，鲜卑派兵由北向南进攻玄菟，而高句丽则挥师沿大梁水向东挺进。
这些都是公孙渊所始料未及的，然而他更加没有料到的还远不止于此：
在司马懿领兵攻打辽隧外围的同时，他已经暗中命令在东莱郡成山海湾秘密兵马的邓艾和陈泰，领兵登上渡船沿海路向带方、乐浪两郡进攻，并且成功在海冥登陆，分别向南新和提奚发起攻势。
四面受敌的公孙渊情急之下只好派出留守在各地的兵马分别拒敌，而他见司马懿的大军主力被牢牢吸引在辽隧城外，短时间内无法突破辽隧，便让事先集中在襄平的三万兵马分头向东急速行进，对付进犯的高句丽，同时派遣镇守辽阳的杨祚移兵北上牵制鲜卑的兵马。
收到线报的司马懿，得知公孙渊已经分兵拒敌，于是他暗中下令，让一直秘密隐藏在辽水沿岸的司马师和胡奋，率领一万人马趁着夜色铺设吊桥从辽隧与辽阳居中的辽水渡河，而他则继续佯攻围堑以牵制辽隧守军的注意。
渡河之后司马师和胡奋直接向襄平急速□□，公孙渊得知他们的人马已经突破辽水直逼首山后，顿时大惊失色，此时的他手中的兵马仅有不到五千人，而剩余的兵马全被都四面来犯的敌人所牵制，根本无法及时回援，情急之下他马上下令让守在城中的卑衍率军出城回援，避免襄平被司马师攻陷。
卑衍得令后急忙率领城中两万守军出城追击司马师和胡奋，结果在半路遭到了早已埋伏在途中的魏军伏兵，卑衍没想到本应该直奔襄平而去的司马师和胡奋，居然真正的目的是为了截击回援襄平的自己，完全没有防备的燕军被司马师和胡奋分段截击，受到惊吓毫无士气的两万大军几乎被彻底歼灭，卑衍率领残余的三千多人回撤辽隧。
然而当他到达辽隧城下时，却发现城头上悬挂着的早已不是燕国的旗帜，而是魏国和司马懿的旗帜，这时卑衍才知道自己中了调虎离山之际，可当他意识到的时候已经为时太晚，追击而来的司马师将卑衍生擒，城中参与守军八千余人全数归降与司马懿。
战后，司马懿被已经沦为自己俘虏的卑衍说：
“你们坚营高垒，就是想让我们兵疲粮尽，等到我么你的锐气全都被消耗完后你们再出城迎战。可如今公孙渊面临四面楚歌的困境，大本营襄平已经无重兵防守，我下令让军队渡河直逼襄平大本营，你们只好回去救援，结果顾此失彼，失去了辽隧这座防御重镇。”
此时的卑衍这才明白司马懿有多么的可怕，他叩首求饶道：
“末将愿意归降太尉大人，作为前部先锋攻下襄平城！”
可司马懿对这种寡勇少谋且贪生怕死、卖主求荣的人一点兴趣也没有，他对卑衍笑道：
“今日若是我和公孙渊的立场对调，恐怕你也会这么做吧，我可不不需要你这样的人，更何况我马上就要挥兵直指襄平，不如你就替老夫回去向公孙渊传个口信吧……”
起初卑衍听司马懿这么说，认为他一定会饶自己一条性命，可是还没有等她乐观太久，站在他身后的司马懿就拔出了腰间的佩剑，以惊雷之速斩下了他的首级……
司马懿挥了挥手：
“派人把他的人头送到襄平，我要让城中的公孙渊和守军闻风丧胆……”
对于此战能够如此顺利的推进，老将牛金对司马师和胡奋这两名后起之秀的表现非常满意，他当着司马懿和胡遵的面称赞道：
“两位公子年纪轻轻便智勇兼备，此次能够诱使卑衍出城并且半路截杀，让我和胡遵将军能够趁虚而入夺取辽隧，应该都要归功于他们才是。”
可司马师却不这么认为：
“若不是傅嘏和他分别及时前去说服高句丽和鲜卑弃暗投明，协助我们紧逼襄平，恐怕公孙渊也不会抽调兵马去对付他们，我们的计策也就难以实现了……”
第三次辽隧之战历时仅一个月，司马懿采用诱敌、惑敌之策引卑衍主动出城，在外围实施了伏击歼灭战，以不到三千人的代价轻松夺取了辽隧城，并且还得到了八千降卒。