升平元年（前燕光寿元年，357年），前燕发兵进攻塞北（长城以北）敕勒。敕勒，又名丁零、高车。
魏晋南北朝时，大批敕勒人入塞与其他少数民族杂居，留居漠北草原的敕勒则在四世纪日益强大，不断侵扰中原。前燕入居中原后，经常遭到敕勒人袭扰。
同年五月，慕容俊派遣慕容垂（时为抚军将军）与中军将军慕容虔、护军将军平熙率步骑8万进军塞北，攻敕勒，大败之，俘斩达10余万人，获马13万匹、牛羊无数。北部边境复安。
为兄所忌
升平二年（358年），慕容垂娶段末柸女段氏，段氏生子慕容令、慕容宝。段氏才高性烈，与皇后可足浑氏不睦，皇后引以为恨。
慕容儁向来对慕容垂不满，时有人奉可足浑皇后之令告段氏及吴国典书令辽东高弼为巫蛊，想借此把慕容垂牵连进来。
慕容儁将段氏及高弼下狱，进行拷问。但二人“志气确然，终无挠辞”（《晋书·慕容垂载记》）。慕容垂心痛，暗中派人对段氏说：“人生会当一死，何堪楚毒如此。不若引服。”
段氏叹息道：“吾岂爱死者耶！若自诬以恶逆，上辱祖宗，下累于王，固不为也！”（《晋书·慕容垂载记》）后段氏死于狱中，而慕容垂也因此得免。出平州刺史，镇辽东。
并以段氏之妹为继室，皇后又将其黜之，并将其妹嫁与慕容垂，慕容垂心中不满，这使他与慕容儁关系更加恶劣。
升平三年（359年）十二月，慕容儁病危，召慕容垂回邺城（今河北省临漳县）。
升平四年（360年）正月，慕容儁病逝，太子慕容暐即位。
二月，尊可足浑氏为皇太后，以太原王慕容恪为太宰，专录朝政；上庸王慕容评为太傅，阳骛为太保，慕舆根为太师，参辅朝政。时慕舆根自恃先朝元勋，心不服慕容恪，举动倨傲。
太后可足浑氏也颇干预外事。慕舆根想要谋反，便劝慕容恪一起参与，遭到拒绝。后慕容恪将此事告之于慕容垂，慕容垂便劝其诛杀慕舆根，但慕容恪以大局为重，没有同意。
慕舆根获悉阴谋败露，密谋诛杀慕容恪与慕容评，二人闻后，遂将慕舆根诛杀。三月，慕容恪以慕容垂为使持节、征南将军、都督河南诸军事、兖州牧、荆州刺史，镇梁国之蠡台。
兴宁三年（365年）二月，慕容垂随慕容恪共攻洛阳。三月，克之，俘杀扬武将军沈劲。随即慕容恪略地至崤、渑，关中大震，秦王苻坚屯陕城以防燕军。
慕容恪以慕容垂为都督荆、扬、洛、徐、兖、豫、雍、益、凉、秦十州诸军事、征南大将军、荆州牧，配兵一万，镇鲁阳。
慕容恪对慕容垂表现出来的军事才能大为惊奇，甚为倚重。
后慕容恪病重，深虑慕容暐手中无权，而慕容评又多猜忌，便向燕主推荐慕容垂，主持国政。五月，慕容恪病逝，临终前，慕容暐亲临抚慰问以后事，慕容恪再次向慕容暐推荐慕容垂。
枋头大捷
慕容恪病死后，太和四年（前燕建熙十年，369年）四月，东晋大司马桓温亲率步骑5万开始北伐前燕（参见晋攻前燕之战）。
东晋建威将军檀玄攻克湖陆（今山东鱼台），俘燕慕容忠。前燕下邳王慕容厉为征讨大都督和晋军战于黄墟（今河南开封），燕军大败，燕高平太守徐翻举郡降晋。
晋邓遐和朱序又打败燕将傅颜。慕容暐于是派散骑常侍李凤去前秦求援。七月，桓温进驻武阳（今山东莘县），前燕孙元率宗族起兵响应，桓温到达枋头（今河南省浚县）。
东晋大军连战连胜，使慕容暐和太傅慕容评十分恐惧，商议欲逃故都和龙（今辽宁朝阳）。这时，吴王慕容垂请求率兵抗晋，他说：“不然。臣请击之，若战不捷，走未晚也。”
（《晋书·慕容暐载记》）慕容暐以慕容垂代替慕容臧为南讨大都督，率征南将军慕容德等5万步骑抵御桓温。
慕容暐又派散骑侍郎乐嵩往前秦求救，并答应以割让虎牢（今河南省汜水镇）以西的土地给秦为条件。前秦王苻坚召集群臣商议，采纳王猛先援弱击强，后再乘燕衰而取之的建议。
八月，派将军苟池和洛州刺史邓羌率领步骑2万救援前燕。援军从秦洛州（今河南）出发，出洛阳进屯颍川（今河南许昌），又派散骑侍郎姜抚去燕国报信。
桓温接连失利，粮草中断，又听说前秦援兵将要到达，遂下令焚烧战船，丢下辎重和铠仗，率军从陆路撤回。
桓温从东燕（治今河南汲县东南）出发，撤退途中恐前燕追兵在上游放毒，命士卒凿井取水饮用，这样一直行走了700里。前燕诸将争欲追击，慕容垂说：“不可。桓温初退惶恐，必严设警备，简精锐为后拒，击之未必得志，不如缓之。
彼幸吾未至，必昼夜疾趋；俟其士众力尽气衰，然后击之，无不克矣。”（《资治通鉴·卷第一百二》）于是，慕容垂亲率骑兵8000尾随桓温军行进。桓温果然加速退兵。几天以后，慕容垂告诸将曰：“温可击矣。”
（《资治通鉴·卷第一百二》）遂令诸将急进，在襄邑（今河南睢县）追上桓温。慕容德先率领4000名精锐骑兵埋伏于襄邑东涧中，和慕容垂东西夹击桓温，大败晋军，斩首3万人。
时秦将苟池又于谯郡截击桓温，晋军死者复以万计。晋将孙元据守武阳抵抗燕军，被燕左卫将军孟高擒获。十月，天气渐冷，桓温收集余众，屯于山阳（今江苏淮安）。
至此，桓温北伐以失败告终。
出奔前秦
慕容垂大败桓温，威名大振，慕容评对慕容垂是又忌又恨。后慕容垂提出奖励麾下将士，但被慕容评压住不报。慕容垂大为不满，与慕容评相争。
太后可足浑氏素恨慕容垂，遂毁其战功，与慕容评相谋，欲杀慕容垂。