公元439年三月，北魏雍州刺史葛那入寇宋的上洛，上洛太守镡长生弃郡逃走。三月初七（辛未），魏世祖从定州回到平城。

同时，仇池的杨保宗和他兄长杨保显从童亭前来投奔北魏。三月二十六（庚寅），魏世祖任命杨保宗为负责陇西军事的征西大将军、开府仪同三司、秦州牧、武都王，出镇上邽，并将公主嫁给他。他还任命杨保显为镇西将军和晋寿公。

河西王沮渠牧犍和他的嫂子李氏私通，他兄弟三人轮流和她通奸。李氏便和沮渠牧犍的姊姊共同下毒要害死北魏公主。魏世祖得悉后，急忙派解毒医生赶往急救，公主终于没事。魏世祖因而要求河西王将李氏送到北魏，但沮渠牧犍不肯，反而给她一大笔钱财，让她迁居到酒泉。

北魏每次派使者到西域去时，经常下诏让沮渠牧犍派部队和向导护送使者走出流沙。使者自西域回来经过武威时，沮渠牧犍身边的随从中有人密告北魏使者说：“我的君主听蠕蠕可汗（即柔然可汗）胡说什么：‘去年魏天子亲自来征伐我，结果将士和马匹得了瘟疫死了大半，大败而归。我还生擒了他的大弟弟乐平王拓跋丕。’我的君主听了很高兴，在国内大肆宣扬。又听说可汗派遣使者去告诉西域诸国，声称：‘魏的势力已经削弱，如今天下唯我为强。如果今后还有魏使前来，千万不要再供奉他们。’因此西域诸国都开始怀有贰心。”使者回来后，将听到的如实告知魏世祖。魏世祖又派尚书贺多罗出使凉州打听虚实。贺多罗回来后，也说沮渠牧犍虽然表面上还挺有臣子的礼数，内心却心怀叵测。

魏世祖因此打算讨伐北凉。他征求崔浩的意见，崔浩说：“沮渠牧犍叛逆之心早已暴露，不能不杀掉他。官军往年北伐，虽然没有多少斩获，其实也没有什么损失。战马三十万匹，估计在路上死伤的也不满八千。平常羸弱病死的战马也不少于一万匹。而对方地处遥远，不知道内情，就匆忙以为我们经历这场损耗就不能复振。如今出其不意，大军突然出现在他们面前，对方必然惊骇困扰，不知该怎么办。那时拿下他们绝对没有问题。”魏世祖说：“你说的完全正确！我的看法也跟你一样。”于是集中所有的公卿大臣在西堂讨论出征事宜。

弘农王奚斤等三十多人都说：“沮渠牧犍只不过是西垂的一个下等小国，虽然心里未必真正臣服，然而他自从继承父位以来，还是十分尽职的，进贡也没有间断过。朝廷将他当作藩臣看待，陛下还将公主嫁了给他。如今他罪恶尚未彰明，朝廷应当对他加以宽恕。国家新近刚出征蠕蠕回来，将士和马匹都很疲弊，不能大举用兵。况且听说他们的土地都是盐碱，非常贫瘠，难得有水草。大军到了那里后，对方一定闭城固守。一旦攻又攻不下来，野外又没东西好劫掠，那将是自取危亡。”

当初，崔浩很讨厌尚书李顺，而李顺频繁出使凉州，来回共十二次，魏世祖便觉得他很能干。凉武宣王沮渠蒙逊多次和李顺游宴，在他臣下面前经常说些骄横简慢的话。他担心李顺将这些话讲给魏世祖听，便将金宝放在李顺的怀里贿赂他，李顺也因此替他隐瞒。崔浩知道这事，便秘密告知魏世祖，但魏世祖不相信。当讨论征伐凉州时，李顺和尚书古弼都说：“从温圉水以西直到姑臧，地上全都是干枯的石头，绝对没有水草。他们的人这么说，姑臧城南的天梯山上，冬季有积雪，深达一丈馀。春夏季节积雪消融，下流成川，百姓都用以灌溉农田。对方要一旦听说魏军来到，一定会决了这一渠口，那么这唯一的水源就断绝了。环城百里之内，地不生草，人马饥渴，难以久留。奚斤等人的看法是对的。”魏世祖于是命令崔浩和奚斤等人当庭辩论。反对伐凉的大臣们无法驳倒崔浩，只能强调“那里没有水草”。崔浩说：“《汉书·地理志》称‘凉州之畜为天下饶’。如果没有丰盛的水草，牲畜怎能兴旺？还有，汉人肯定不会在没有水草的地方修筑城郭，建立郡县。而且雪的消融，仅仅能够盖过尘土，怎能做到开通水渠灌溉农田！这谎话说的也太过分了。”李顺说：“耳闻不如目见。我曾经亲眼看见，这还有什么好辩的？”崔浩说：“你接受了人家的金钱，想为他们游说，难道以为我没有亲眼看见就觉得我可欺？”魏世祖躲在壁后听他们辩论，听到这里才出来，然后声色俱厉地斥责奚斤等人。群臣都不敢再说什么，只是唯唯诺诺而已。

大臣们退朝之后，振威将军代人伊馛向魏世祖进言说：“凉州如果真的没有水草，那他们靠什么立国？大臣们的建议都不能采用，应当听从崔浩的建言。”魏世祖觉得有理。

五月十四丁丑，魏世祖在西郊举行练兵仪式；六月十一（甲辰），魏军从平城出发。魏世祖让侍中宜都王穆寿辅佐太子拓跋晃监国，决定留台事务，朝廷内外大事全交给他处理。他又派大将军长乐王稽敬和辅国大将军建宁王拓跋崇带领二万兵马进驻漠南防备柔然。接着他命令公卿写信去责让河西王沮渠牧犍，列出他的十二条罪状，并且说：“如果你亲自率领群臣以藩臣身份出城远迎，谒拜在朕的马首之下，那将是最好的办法。六军兵临城下时你再绑了自己，车上载着棺柩前来投降，那将是其次。如果困守穷城，不及时翻悟悔改，那将身死族灭，遭受罕见的杀戮。你应当认真思考什么该干什么不该干，自求多福！”

六月十六（己酉），宋朝廷改封陇西王吐谷浑慕利延为河南王。

同时，魏世祖率军从云中渡过黄河，于七月初七（己巳），来到上郡属国城。七月二十（壬午），魏世祖留下辎重，分派各路大军，派抚军大将军永昌王拓跋健与尚书令刘絜和常山王拓跋素为前锋，两道并进；派骠骑大将军乐平王拓跋丕和太宰阳平王杜超为后继；派平西将军源贺为前锋向导。

魏世祖请教源贺有关攻取凉州的方略，源贺说：“姑臧城旁有四个鲜卑部落，都是臣祖父往日的臣民。臣愿意身居大军前面，向他们宣讲我国的威信，让他们知道祸福利害，臣相信他们必定会率部归命。一旦河西没了外援，那么夺取他们一座孤城，简直就是易如反掌。”魏世祖说：“太好了！”

八月初二（甲午），永昌王拓跋健俘获河西畜产二十馀万。

河西王沮渠牧犍听说魏军大举西进，吃惊地问道：“怎么会这样？”他听信左丞姚定国的话，不肯出迎，反而向柔然求救。他同时派弟弟征南大将军沮渠董来带兵一万多人在城南和魏军决战，但北凉兵马都望风溃散。刘絜听信占卜者的话，以为当天日辰不利，便收兵不追，沮渠董来因而得以逃进城里。魏世祖因此很气刘絜。

八月初四（丙申），魏世祖来到姑臧城下，派使者劝谕沮渠牧犍，叫他出城投降。沮渠牧犍听说柔然人准备入侵北魏边境，便寄希望于魏世祖回去保卫国境，于是闭城固守。他兄长的儿子沮渠祖翻过城墙出降，魏世祖因而全知道了他的内情，于是分兵包围。源贺带兵去招安抚慰沮渠牧犍部下三万多部落民众，让魏世祖得以专心攻打姑臧，不用考虑对付外来的援兵。

魏世祖见到姑臧城外水草丰盛富饶，因而开始痛恨李顺。他跟崔浩说：“爱卿以前说的，今天果然全应验了。”崔浩说：“臣不敢不说实话，一贯都是这样。”

魏世祖即将出兵讨伐凉州时，太子拓跋晃也有怀疑。到这时，魏世祖赐给太子一份诏书，说：“姑臧城的东西门门外，有两道涌泉在城北汇合，其规模之大就像一条河流。剩余的沟沟渠渠都流入沙漠之中，中间并没有干燥地带。所以给你这道敕令，好消除你的疑虑。”

八月初八（庚子），宋文帝封皇子刘铄为南平王。

九月二十五（丙戌），河西王沮渠牧犍兄长的儿子沮渠万年率领所部投降了北魏。姑臧城守接着崩溃，沮渠牧犍带领他的文武官员五千人绑了自己请求投降。魏世祖解开他的缚绳，以礼待他。北魏收服了城内二十多万居民，从仓库里得到不可胜数的珍宝。魏世祖还派张掖王秃发保周、龙骑将军穆罢、安远将军源贺分别出征各个州郡，各色各样少数族裔前来投降的又有数十万。

当初，沮渠牧犍任命他弟弟沮渠无讳为沙州刺史、负责建康以西的军事、领酒泉太守；任命另一个弟弟沮渠宜得为秦州刺史、负责丹岭以西的军事、领张掖太守；任命沮渠安周为乐都太守，堂弟沮渠唐儿为敦煌太守。当姑臧失陷时，魏世祖派镇南将军代人奚眷出击张掖，派镇北将军封沓出击乐都。沮渠宜得烧了城里的仓库，往西逃到酒泉。沮渠安周则往南逃到吐谷浑，于是封沓掠走了那里的数千户人家后回来。奚眷进攻酒泉，沮渠无讳和沮渠宜得兄弟带着遗民逃到晋昌，然后到敦煌去投靠沮渠唐儿。魏世祖派弋阳公元絜守卫酒泉，并在武威和张掖都安排了部将守卫。

魏世祖在姑臧举行庆功盛宴，跟群臣说：“崔公的智慧和谋略绰绰有馀，朕不再感到奇怪。然而伊馛是使用弓马的武将，他的看法居然和崔公相同，实在让我深感奇异！”伊馛善于射箭，力气之大，能曳得动一头牛倒着走，奔跑起来能赶上奔马。然而他生性忠诚谨慎，所以魏世祖特别喜爱他。

魏世祖西征时，穆寿送他到黄河边上。魏世祖敕令他说：“吴提（柔然可汗）和沮渠牧犍的关系历来非常密切。他得悉朕出讨沮渠牧犍，一定会来侵犯边塞。朕故意留下壮兵肥马，让爱卿辅佐太子。田野里的粮食都收割完毕之后，你应当即刻发兵前往漠南，分别埋伏在要害的地方等待贼虏的到来。引诱他们深入，然后才出击，肯定会打败他们。凉州路途遥远，朕不能回来相救，所以爱卿千万不要违背朕的话！”穆寿磕头顿首受命。穆寿非常信任中书博士公孙质，聘他作谋主。穆寿和公孙质都相信卜筮这类迷信，占卜之后，以为柔然一定不会来，就没有做好防备。公孙质是公孙轨的弟弟。

柔然敕连可汗吴提得悉魏世祖向姑臧进军，便趁虚入寇，留下他的兄长乞列归与北魏大将嵇敬和建宁王拓跋崇在北镇相拒，自己亲率精骑深入魏境，直抵善无的七介山。结果平城大震，民众争着逃进中城。穆寿不知道该怎么办，想要堵塞西郭门，并请太子到南山避难，最后因为窦太后不肯这才作罢。穆寿然后派司空长孙道生和征北大将军张黎到吐颓山抵御柔然。刚好嵇敬和建宁王拓跋崇在阴山之北打败并生擒了乞列归，并其伯父他吾无鹿胡以及将帅五百人，杀了一万多柔然士兵。敕连可汗得悉后这才逃去。魏军追杀他们，直到漠南后才回来。

十月底（辛酉），魏世祖西征凯旋而归。他留下乐平王拓跋丕和征西将军贺多罗镇守凉州，将沮渠牧犍的宗族以及吏民三万户迁徙到平城。两天后，秃发保周率领各部鲜卑人占据张掖叛魏。

十二月十六（乙亥），宋太子刘劭加元服（成年），大赦。刘劭眉清鬓秀，喜好读书，也能使用弓马，还喜欢延请宾客。宋文帝很爱他，因此只要是他要的东西，宋文帝总会答应；所以东宫也安置了兵马和羽林等部队。

十二月二十三（壬午），魏世祖回到平城。因为虽然柔然入寇，但京城没有太大伤亡，所以穆寿等人得免一死。魏世祖仍然用妹婿的身份对待沮渠牧犍，封他为征西大将军，仍然兼任河西王。沮渠牧犍母亲去世时，他还用太妃的大礼安葬她，并为凉武宣王沮渠蒙逊安置了三十家人守卫他的墓陵。

凉州自从张氏统治以来，经常以出了很多名士而知名。沮渠牧犍尤其喜好文学，还任命敦煌人阚骃为姑臧太守，张湛为兵部尚书，刘昞、索敞、阴兴为国师助教，金城人宋钦为世子洗马，赵柔为金部郎，广平人程骏及其堂弟程弘为世子侍讲。魏世祖攻占凉州后，对他们全都以礼继续叙用他们，还任命阚骃和刘昞为乐平王拓跋丕的从事中郎。安定人胡叟，少年时就是个俊才。他前往跟从沮渠牧犍，但没怎么受到重用。胡叟跟程弘说：“贵主公身居这样边僻孤陋的小国而喜欢僭越名位，以小国事奉大国而不能尽心尽意。他表面上羡慕仁义而内心却缺乏道德，我看他的败亡指日可待了。我将良禽择木而栖，先到魏国去。所以现在和先生暂时告别，但估计不会很久就又会见面了。”于是前往北魏。一年多后沮渠牧犍果然失败。魏世祖认为胡叟有先见之明，拜他为虎威将军，赐爵始复男。河内人常爽，世代都寓居凉州，不受聘用，魏世祖任命他为宣威将军。河西右相宋繇跟从魏世祖到了平城，并在那里去世。

魏世祖任命索敞为中书博士。当时北魏正崇尚武功，而王公显贵的子弟却很在意听取名士讲学。索敞在北魏担任博士十多年，勤于诱导，严肃而又彬彬有礼，王公显贵子弟都很敬畏他。他的学生也多有所成，前后不少人都非常显达，官做到尚书和州郡牧守的有几十人。常爽在温水西岸开办学馆，教授了七百多学生。常爽建立赏罚的课程，弟子们侍奉他犹如严厉的君主一般。于是北魏的儒学风气开始振兴。北魏中书侍郎高允总是称道常爽训导有方，说：“文翁以柔取胜，而先生以刚见长。你们立教的方法虽然不同，但成就人才却是一样的。”

陈留人江强，寓居凉州，献给魏世祖经、史、诸子百家一千多卷以及不少书法，北魏也拜他为中书博士。魏世祖任命崔浩为监秘书事，综理史籍；任命中书侍郎高允和散骑侍郎张伟参典著作。崔浩上奏声称：“阴仲达和段承根都是凉州优秀人才，臣请求和他们一同修撰国史。”于是他俩都被任命为著作郎。阴仲达是武威人；段承根则是段晖的儿子。

崔浩收集了各家历书，考订校对西汉元年（公元前206年）以来的日食月食和五星运行的度数，并且嘲笑以前史书的错误，写了部名为《魏历》的历书给高允看。高允说：“西汉元年十月，五星聚在东井，这是历学上显而易见的谬误。如今先生讥笑汉史而不觉得这是个谬误，恐怕后人也会讥笑我们今人，就像今人讥笑古人一样。”崔浩问道：“到底什么谬误？”高允说：“根据《星传》：‘太白、辰星（即金星和水星）常附日而行。’十月，太阳在尾宿和箕宿，黄昏时消失在申南，而井宿这时刚出现在寅北。金星和水星这两个星辰怎能背着太阳行走？这是史官想将事情神化，不认真推理考究的结果。”崔浩说：“天文现象发生异常变化，怎么会不可能呢？”高允说：“这不是我们空口无凭可以争辩出来的，还应当认真考究才能解决。”在座的人都对高允说的话感到奇怪，只有东宫少傅游雅说：“高君对于历数非常精通，他的话应当不无道理。”过了一年多后，崔浩跟高允说：“先前说的，本来只是漫不经心的话。后来我认真考究了，果然就像先生所说的那样。五星确实在前三个月聚集在井宿，而不是在十月。”大家这才对高允感到叹服。高允虽然很懂得天文历法，最初却不怎么推算天象，也很少跟别人谈起这些，所以只有游雅比较了解他。游雅多次因为灾异请教高允，高允说：“阴阳灾异，很难预知。即使知道了，又担心泄漏天机，所以还不如不知道。天下奇妙的事情很多，何必匆忙地想了解这个！”游雅这才作罢。魏世祖问高允道：“治理国家，什么最重要？”当时北魏的许多良田都被封为禁地。高允因此答道：“臣年轻时贫贱，只知道农事。如果国家增加农田，积累谷粮，使官府和民间都有储备，那么就用不着担心饥荒的问题了。”魏世祖因此命令全部解除禁田，将田地都分配给百姓。

吐谷浑王慕利延听说北魏征服了凉州，大为恐惧，便率领部众穿越沙漠往西逃遁。魏世祖因为他兄长慕璝有生擒赫连定的大功，便派使臣前往安抚晓谕，慕利延于是重新回到故地。

仇池氐王杨难当率领几万兵马入寇北魏的上邽，多数秦州人都起来响应他。东平人吕罗汉劝说镇将拓跋意头道：“杨难当的兵马人数众多。现在我们如果不肯出战，等于向他们示弱，那么将导致人心离散，上邽就守不住了。”拓跋意头于是派吕罗汉带领一千多精骑向杨难当的阵容猛冲。吕罗汉他们所向披靡，杀了杨难当身边的随骑八人，杨难当大惊失色。刚好魏世祖盖有御玺印章斥责杨难当的书信到了，杨难当便决定撤军回到仇池。

虽然柔然，吐谷浑，和仇池还一直存在了好长时间，到这时，随着东北的北燕和西北的北凉先后灭亡和多国纷争局面的消失，北魏成了中原北方唯一的大国，中国从此也真正进入了北魏和刘宋对峙的南北朝时期。

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