沈庆之到了城下，刘诞登上城楼对他说：“沈公已是白发下垂的年纪，何苦到这里来！”沈庆之说：“朝廷因为你狂妄愚蠢，不值得劳累年轻人，所以派我来。”
孝武帝担心刘诞逃到北魏，让沈庆之切断他的逃跑路线，沈庆之把军营转移到白土，距离广陵城十八里，又进军到新亭（这个新亭在广陵城外，不是建康的新亭）。豫州刺史宗悫、徐州刺史刘道隆都率领部众前来会合；兖州刺史沈僧明是沈庆之哥哥的儿子，也派兵援助沈庆之。之前刘诞欺骗他的部众说：“宗悫会帮助我”；宗悫到了，绕着城墙骑马呼喊说：“我是宗悫！”
刘诞见各路军队大量集结，想放弃城池向北逃跑，留下中兵参军申灵赐防守广陵；自己率领几百名步兵骑兵，亲信都跟随在后，声称出战，却转向海陵（今江苏泰州）的道路（晋安帝分广陵设立海陵郡，刘诞从广陵北门声称出战，偏向东走，就是去海陵的路），沈庆之派龙骧将军武念追击他。刘诞走了十几里，部众都不想离开，纷纷请求刘诞返回城中，刘诞说：“我回去容易，但你们能为我尽力吗？”部众都答应了。刘诞于是又返回，修筑祭坛歃血来和部众盟誓，所有府州的文武官员都提升官阶（府指司空、竟陵王府，州指南兖州）。任命主簿刘琨之为中兵参军；刘琨之是刘遵考的儿子，他推辞说：“忠孝不能两全。我老父亲还在，不敢接受任命。”刘诞把他囚禁了十几天，他最终还是不接受，就把他杀了。
右卫将军垣护之、虎贲中郎将殷孝祖等人攻打北魏返回，到达广陵，孝武帝让他们都接受沈庆之的调度。沈庆之进军扎营，逼近广陵城。刘诞给沈庆之送来食物，由一百多人提着，从北门出来；沈庆之不打开看，把食物全都烧了。刘诞从城上扔下达给朝廷的函表，请求沈庆之帮忙送去，沈庆之说：“我接受诏令讨伐叛贼，不能为你送表。你如果一定要向朝廷请罪，自然应该打开城门派遣使者，我会为你护送。”（刘诞这么做，因为孝武帝猜忌残忍，想用来离间沈庆之。沈庆之坚决拒绝，大概也是为自己打算。）
8东扬州刺史颜竣遭逢母亲的丧事，送丧回都城，孝武帝对他的恩宠待遇还很优厚，可颜竣当时对亲戚旧友有怨言，有时还谈及朝廷的得失。恰逢王僧达获罪（王僧达被处死见上卷去年），颜竣怀疑是颜竣诬陷他；王僧达临死前，详细陈述了颜竣前后怨恨诽谤的话。孝武帝于是让御史中丞庾徽之上奏弹劾，免去颜竣的官职。颜竣更加恐惧，上奏谢罪，并且请求保全性命；孝武帝更加愤怒，下诏回答说：“你毁谤怨恨，已经辜负了我的期望；还又过度思虑，害怕不能保全自己，这难道是下属侍奉上司的最高忠诚气节吗！”等到竟陵王刘诞反叛，孝武帝就诬陷颜竣和刘诞通谋，五月，把颜竣逮捕交付廷尉，先折断他的脚，然后赐他死。他的妻子儿女被流放到交州（今越南北部、广西南部一带），到了宫亭湖（即彭蠡湖，在今江西彭泽县西），又把他的儿子沉入湖中淹死。（颜竣失去官职后心怀怨恨，固然有罪；但他从寻阳东下的时候，保护孝武帝的功劳，不能忘记。既杀了他本人，又沉死他的儿子，孝武帝也太寡恩了！）
9六月，戊申（十二日），北魏国主前往阴山。
10孝武帝命令沈庆之在桑里（在广陵城西南）设置三座烽火台，如果攻克外城，点燃一座烽火；攻克内城，点燃两座烽火；擒获刘诞，点燃三座烽火；用加盖玉玺的诏书催促，前后接连不断。沈庆之烧毁广陵的东门，填塞壕沟，修筑攻城道路，建造可移动的楼车、土山和各种攻城器具，正遇上长时间下雨，不能攻城。孝武帝让御史中丞庾徽之上奏罢免沈庆之的官职，下诏不追究，以此激励他。从四月到秋季七月，雨停了，广陵城还没有攻克。孝武帝发怒，命令太史选择日子，将要亲自渡江讨伐刘诞；太宰刘义恭坚决劝谏，才作罢。
刘诞起初关闭城门抗拒使者的时候，记室参军山阴（今浙江绍兴）人贺弼坚决劝谏，刘诞发怒，抽出刀对着他，贺弼才停止。刘诞派兵出战屡次失败，将领僚属大多翻越城墙出城投降。有人劝贺弼应该早点出城，贺弼说：“刘公起兵对抗朝廷，这事我既然不能听从；又蒙受刘公的厚恩，从道义上也不能背叛，只能以死表明心意了！”于是喝毒药自杀。参军何康之谋划打开城门接纳官军，没有成功，就砍断城门的门闩出城投降。刘诞修建高楼，把何康之的母亲放在上面，让她暴露在外面，不给食物，何康之的母亲呼喊着何康之的名字，几天后就死了。刘诞任命中军长史济阳人范义为左司马。范义的母