由于国都离得远，梁军晚了宇文泰一步，实质上只取得了东魏南部边境的悬瓠、项城两座城。梁武帝心里很不满意，自然想要扩大战果。要扩大战果，羊鸦仁的三万军队就不够用了，于是他又派侄子南豫州刺史萧渊明（哥哥萧懿之子）和孙子南兖州刺史萧会理（四子萧绩之子）分督众将，领兵十万奔赴东线战场，进攻徐州治所彭城。
梁国多年无战事，王孙贵族们从未上过战场，只懂显威风、摆气派。萧会理骄横自大，不把其他将领放在眼里。萧渊明不服，给朱异写密信，告萧会理“懦而无谋”。梁武帝便召回了萧会理，全军以萧渊明为都督。
萧渊明说萧会理“懦而无谋”，他自己也未见得“勇而多谋”。他平生所好，莫过于酒，经常烂醉如泥地瘫倒在军营里，百呼不应。大凡众将与他商议军机大事时，他都没有主意，总是敷衍道：“你们看情况办就是。”
梁武帝为此次北伐制定了详尽的作战计划：梁军先占据彭城东南八十里的寒山（今江苏徐州东南），然后在泗水下游拦水筑堰，以水淹之法灌彭城。（梁武帝使用的是当初浮山堰的微缩版，浮山堰虽然失败了，水攻的招式还是很有可取之处的。梁军的战斗力远远不及魏军，如果强攻敌城，必然损失惨重；水困城池，既避免了死拼，又能逼迫城中兵将不战而降。此计若成，梁军即可与西面的侯景齐头并进，席卷东魏的河南、山东之地，令高澄首尾无法照应，从而获得更大的战果）
梁武帝的“锦囊妙计”在执行上出了偏差。梁军筑堰功成，部将羊侃请示萧渊明乘着水势攻城，萧渊明却死抱着梁武帝临行叮嘱的“慎勿妄动”，迟迟不下命令。东魏彭城守将、徐州刺史王则忠勇可嘉，城内水势日益上涨，城外被围得水泄不通，依然守得固若金汤。
萧渊明在寒山贻误战机，河北的高澄可没工夫跟他打太极。他派大都督高岳率领十万大军，并任命大将潘乐为副手，增援彭城。谋士陈元康提醒他：“潘乐应变能力弱，不如慕容绍宗。大王难道忘了先王的遗言么？把军务交于此人，侯景不足为患。”
高欢的话高澄没有忘。只是慕容绍宗被“冷藏”了这么久，高澄对他也不熟悉，担心忽然予以重用，万一他受惊叛变就糟了。陈元康打保票，修书向慕容绍宗说明情况。于是高澄加封慕容绍宗为东南道行台，与高岳和潘乐一起去彭城。
侯景一向瞧不起东魏诸将，在高欢手下时，他对高敖曹和彭乐两员名将的评价是：“这种人只知道像猪一样到处瞎跑，哪有什么本事？”起兵后，韩轨攻打他，侯景仍然很不屑，说：“啃猪肠的小儿！”这回听说高岳来，侯景更节省，只说了四个字：“兵精人凡。”探马又报，随行的还有慕容绍宗，侯景的脸色立刻变了。他甚至对情报的准确性产生了疑问：“是谁教鲜卑小儿派慕容绍宗来的？如果真是这样，会不会高王还没死啊？”（听到师父的大名，侯景也怯场了）
“超级替补”慕容绍宗把侯景晾在一边，领兵进驻橐驼岘，与围攻彭城的梁军对垒。萧渊明的懒劲发作了，先是羊侃建议乘慕容绍宗立足未稳，主动袭击，萧渊明不听。次日，羊侃又劝萧渊明下令全军出战，给东魏军一个下马威，萧渊明还是不听。
从整场战役来看，萧渊明的策略倒是始终如一：权力抓住不放，责任一概不担，别人建议不听，自己又不决策，坐等敌人上门投降，属于典型的无为而不治。这样的王爷派头，在官场上或许能混个四平八稳，在战场上的敌人眼中，毫无作为就是失败的代名词。
羊侃是北魏的降将（之前领兵接应的羊鸦仁也是），他祖父羊规本是南朝刘宋将领，在宋明帝时随薛安都投奔了北魏。羊侃自幼熟习兵法，六镇之乱，他参与平叛，屡立战功，后来对北魏乱象失望至极，加之心向南朝，就率部归顺梁国，在梁武帝末年算是为数不多的打过硬仗的宿将。羊侃见萧渊明这副模样，只好自求多福，率领本部人马出屯堰上，免得被萧渊明拖累，其他梁将也各自暗存私心，不再积极应战。
梁军将帅离心，东魏方面却从容不迫。慕容绍宗亲率步骑兵一万，首先进攻梁国潼州刺史郭凤的军营，东魏军万箭齐发，形势危在旦夕。
梁军营中，萧渊明正喝得酩酊大醉，趴在桌上起不来。他下令众将救援，却不指派具体的人选，大家大眼瞪小眼，谁都不挪步。北兖州刺史胡贵孙看不下去，对谯州刺史赵伯超说：“我等带兵而来，正是为了有所作为，如今敌军进攻，何以不战？”赵伯超无言以对，回到营中，对手下兵士说：“魏军势盛，交战必败，不如早点退兵，还能保全性命。”打点行装准备开溜。
胡贵孙得不到任何响应，便率领本部兵马，赶往郭凤军营。两军合为一处，反攻东魏军，奇迹居然出现，梁军一时斩杀两百多名敌军士兵。
慕容绍宗此次出击的目的，主要是为了试探梁军虚实，他预料梁军会轻易进攻，而且虎头蛇尾，临行时曾对走在后面的将士说：“我会佯装败退，引诱南军，你们记着从他们的身后进攻。”
接触战一打，慕容绍宗的前锋是真败了，来不及打招呼便向北退却。梁军主帅萧渊明借着酒劲撒了欢地追，其他将领的军队也跟着追了上来。可是东魏的后军却实诚得很，不是叫我们等在后面围攻梁军吗，好，那就上吧，立即从两翼绕到了梁军主力的身后，如两条臂膀一般，把梁军整个拢入了包围圈。
侯景曾一再派人告诫梁军：“追逐北军不可超过二里路。”骑兵与步兵对阵时，不论骑兵的败退是真是假，一旦拉长战线，不利的往往是追击的步兵。追得越快越远，不可知因素也越多。侯景十分了解东魏的战术，诱敌深入，围而歼之，对于骑兵来说再熟悉不过了，但对于以步兵见长、且久疏战阵的梁军，却显得很陌生，所以侯景特意向友军强调此事（这套战术与草原上狼群的捕食方法如出一辙，是游牧民族所擅长的战法）。梁军上下都忘了个一干二净。人往往习惯于顺应本能，兵败如大山崩倒，兵进如水银泄地，一个人停住脚步容易，一群没有统一思想的人要停住脚步，几乎不可能。
退败中的慕容绍宗见后军发力，便掉转头来，回击梁军各部。梁军腹背受敌，顿时崩溃，失散阵亡的士兵数万人，其余被俘，一身酒气的萧渊明、生猛无比的胡贵孙、临阵脱逃的赵伯超等将都被生擒活捉。十万大军，惟独先前移兵堰上的羊侃一部没有损伤，他接到消息，下令整军撤出战场，全师而还。
寒山的战报传到建康，梁武帝正在宫中午睡。太监张僧胤禀告，朱异有要事相奏，梁武帝升阁传见。朱异兴冲冲进到内阁，气喘吁吁地报道：“寒山之战，我军失利！”
梁武帝惊得身子一晃，差点从座位上摔下来，张僧胤赶忙上前扶住。半晌，梁武帝叹了口气，摇着头说：“莫非我的下场会如晋朝皇帝那样么？”
寒山的惨败打破了梁武帝后期的既定方针，即：坐观北朝东西内战、消耗实力，待时机成熟时收获渔翁之利。
梁武帝的方针无懈可击，但却忽略了一个根本的问题：战争是要靠人来完成的。战争消耗了国家的实力，也锻炼了国家的战斗力，从最高统治者、普通老百姓，到军队，其战争能力都会得到极大限度的开发。南朝一味的坐山观虎斗，原有的战斗力（其实也称不上强）在和平中慢慢退化，最后成了坐吃山空，一遇战事，反而不如长期内战中的北朝。
寒山之战是最好的例证。梁武帝的作战意图和计划很出色，利用侯景的势力，夺取北朝的大片领土，特别是极具战略、经济和政治意义的河南各州，进而统一天下。但是，再完美的战略计划，都需要有优秀的执行者来配合，梁国境内根本找不出一名能够很好执行梁武帝的作战计划的人。萧会理也好，萧渊明也罢，乃至于羊侃，都不是出色的执行者，至于再往下的中低级将领，以及普通士兵，军事素养就更别提了。这一切，酿成了寒山之败，也在日后酿成了更大的悲剧。