魏天安元年(466年)十月，刘宋徐州刺史薛安都、汝南太守常珍奇叛宋降魏，并请北魏出兵救援。魏廷遣镇南大将军尉元为使持节、都督东道诸军，以镇东将军孔伯符为副，率2万骑兵出东道救彭城（今江苏徐州）；又遣镇西大将军拓跋石都督荆、豫、南雍州诸军事，以给事中张穷奇为副，率军出西道救悬瓠（汝南郡治、今河南汝南）。
尉元率领的东路军进至淮北，刘宋东平太守无盐（东平郡治，今山东东平东）戍主申篡诈降，被尉元识破，表面接受而暗中防备。魏军至无盐，申篡闭门不纳，尉元率军继续南进。十一月，尉元军至瑕丘（宋兖州州治，今山东兖州北）。宋兖州刺史毕众敬先起兵响应晋安王刘子勋反叛，后与薛安都等一起归顺宋廷。当薛安都乞降北魏时，毕众敬并没有改变主意。但恰在此之前，在建康的毕众敬之子毕元宾，因他罪被宋明帝杀死。于是毕众敬也遣使投降尉元。尉元立即派部将进据瑕丘，然后挥师长驱而进。十二月，尉元军至柁县（今山东定陶东）。
与此同时，刘宋张永、沈攸之等军逼近彭城，屯于下磕（今
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①《宋书》卷五十七《蔡廓传附子蔡兴宗传》。
江苏徐州南）。张永分派羽林监王穆之率兵5000驻武原看守辎重，龙骧将军谢善居领兵2000据守吕梁（今江苏徐州东南），散骑侍郎张引领兵2000镇守茱萸，督运租粮，以供大军补给。
尉元率军继续南进，先张永军到达彭城，依魏献文帝诏令授薛安都为徐州刺史，进占彭城。当夜，张永军亦赶到，趁夜攻彭城南门，不克而还。
尉元见张永等军分据险要，强攻一定会损伤士卒，便命薛安都与中书侍郎李璨固守彭城，自己亲率精锐骑兵外出作战，进击吕梁宋军，断绝其粮道。宋军谢善居不敢拒敌，逃奔茱萸张引，随后2人又转逃武原。尉元纵骑兵追击，斩杀宋军800余人，随之进围武原。武原宋军共有8000人，在王穆之率领下闭城固守。尉元亲披铠甲，督率魏军四面猛攻，克王穆之外营，杀伤宋军大半，获辎重500余乘。尉元将所获辎重补给彭城魏军，然后命魏军暂缓进攻，给武原宋军让出退逃之路。于是王穆之率残兵投奔张永。魏军乘胜进军，围攻下磕。
皇兴元年(467年)正月，张永、沈攸之等人见大势已去，弃城夜逃。这时正值天降大雨雪，泗水（淮河下游第一大支流，流经彭城）结冰，舟船不通，于是张永等军弃船自陆路逃跑。尉元事先料到宋军将要退逃，亲率将士截其退路。同时，薛安都、孔伯恭等人从彭城出兵向南，追赶宋军。尉元将宋军退路阻截，南北夹击，在吕梁之东大破宋军，斩首以万数。加之天寒地冻，宋军冻死者大半，手足冻断者十之七八，丢弃的车船军资器械不可胜数。此次作战，宋军损失惨重。张永被冻掉脚趾，他与沈攸之2人仅以身免。刘宋梁、南秦二州刺史垣恭祖等人，也被魏军俘虏。这就是尉元大破宋军的吕梁之战。
吕梁战后，刘宋丢掉淮北兖州和徐州部分地区，淮北防线撤至下邳（今江苏睢宁西北）、睢陵（今江苏睢宁）、宿预（今属江苏）一带。尉元大败宋军后，利用张永弃船900艘，请运魏冀、相、济、兖等州租粟，以解彭城饥荒，魏廷从之。接着，尉元上表请求进攻刘宋淮北下邳等地，积极准备攻取整个淮北地区。
同年七月，宋明帝命兵败后驻屯淮阴（今江苏淮阴西南）的沈攸之进兵收复彭城。沈攸之认为水道干涸，粮运不通，力谏不可于此时进兵。明帝坚持已见，使者往返7次。最后明帝大怒，下诏说，如果沈攸之不想北进，便另选统帅，在君威的迫使下，沈攸之勉强进军。八月，沈攸之率军北进。当宋军行至离下邳50余里的焦墟时，宋明帝又后悔，诏令退军。尉元闻宋军北进，急命孔伯恭率步骑一万拒战，又将吕梁之战俘获的宋军残废将士送还沈攸之，以挫伤宋军士气。沈攸之接宋明帝诏令后，率军后撤。孔伯恭率魏军追击，宋军大败，龙骧将军姜产之战死，沈攸之受重伤，逃往下邳，魏军随后紧追不舍。当夜，沈攸之部下将士溃散，宋军损失严重，丢弃军资器械数以万计，攸之轻骑逃回，屯于淮阴。
尉元见沈攸之兵败，乘势南进，刘宋淮北下邳、宿豫、淮阳等地守将皆弃城而走，魏军遂全据淮北徐、兖2州之地。
