由於國都離得遠，梁軍晚了宇文泰一步，實質上只取得了東魏南部邊境的懸瓠、項城兩座城。梁武帝心裡很不滿意，自然想要擴大戰果。要擴大戰果，羊鴉仁的三萬軍隊就不夠用了，於是他又派侄子南豫州刺史蕭淵明（哥哥蕭懿之子）和孫子南兗州刺史蕭會理（四子蕭績之子）分督眾將，領兵十萬奔赴東線戰場，進攻徐州治所彭城。
梁國多年無戰事，王孫貴族們從未上過戰場，只懂顯威風、擺氣派。蕭會理驕橫自大，不把其他將領放在眼裡。蕭淵明不服，給朱異寫密信，告蕭會理「懦而無謀」。梁武帝便召回了蕭會理，全軍以蕭淵明為都督。
蕭淵明說蕭會理「懦而無謀」，他自己也未見得「勇而多謀」。他平生所好，莫過於酒，經常爛醉如泥地癱倒在軍營裡，百呼不應。大凡眾將與他商議軍機大事時，他都沒有主意，總是敷衍道：「你們看情況辦就是。」
梁武帝為此次北伐制定了詳盡的作戰計劃：梁軍先佔據彭城東南八十里的寒山（今江蘇徐州東南），然後在泗水下游攔水築堰，以水淹之法灌彭城。（梁武帝使用的是當初浮山堰的微縮版，浮山堰雖然失敗了，水攻的招式還是很有可取之處的。梁軍的戰鬥力遠遠不及魏軍，如果強攻敵城，必然損失慘重；水困城池，既避免了死拼，又能逼迫城中兵將不戰而降。此計若成，梁軍即可與西面的侯景齊頭並進，席捲東魏的河南、山東之地，令高澄首尾無法照應，從而獲得更大的戰果）
梁武帝的「錦囊妙計」在執行上出了偏差。梁軍築堰功成，部將羊侃請示蕭淵明乘著水勢攻城，蕭淵明卻死抱著梁武帝臨行叮囑的「慎勿妄動」，遲遲不下命令。東魏彭城守將、徐州刺史王則忠勇可嘉，城內水勢日益上漲，城外被圍得水洩不通，依然守得固若金湯。
蕭淵明在寒山貽誤戰機，河北的高澄可沒工夫跟他打太極。他派大都督高岳率領十萬大軍，並任命大將潘樂為副手，增援彭城。謀士陳元康提醒他：「潘樂應變能力弱，不如慕容紹宗。大王難道忘了先王的遺言麼？把軍務交於此人，侯景不足為患。」
高歡的話高澄沒有忘。只是慕容紹宗被「冷藏」了這麼久，高澄對他也不熟悉，擔心忽然予以重用，萬一他受驚叛變就糟了。陳元康打保票，修書向慕容紹宗說明情況。於是高澄加封慕容紹宗為東南道行台，與高岳和潘樂一起去彭城。
侯景一向瞧不起東魏諸將，在高歡手下時，他對高敖曹和彭樂兩員名將的評價是：「這種人只知道像豬一樣到處瞎跑，哪有什麼本事？」起兵後，韓軌攻打他，侯景仍然很不屑，說：「啃豬腸的小兒！」這回聽說高岳來，侯景更節省，只說了四個字：「兵精人凡。」探馬又報，隨行的還有慕容紹宗，侯景的臉色立刻變了。他甚至對情報的準確性產生了疑問：「是誰教鮮卑小兒派慕容紹宗來的？如果真是這樣，會不會高王還沒死啊？」（聽到師父的大名，侯景也怯場了）
「超級替補」慕容紹宗把侯景晾在一邊，領兵進駐橐駝峴，與圍攻彭城的梁軍對壘。蕭淵明的懶勁發作了，先是羊侃建議乘慕容紹宗立足未穩，主動襲擊，蕭淵明不聽。次日，羊侃又勸蕭淵明下令全軍出戰，給東魏軍一個下馬威，蕭淵明還是不聽。
從整場戰役來看，蕭淵明的策略倒是始終如一：權力抓住不放，責任一概不擔，別人建議不聽，自己又不決策，坐等敵人上門投降，屬於典型的無為而不治。這樣的王爺派頭，在官場上或許能混個四平八穩，在戰場上的敵人眼中，毫無作為就是失敗的代名詞。
羊侃是北魏的降將（之前領兵接應的羊鴉仁也是），他祖父羊規本是南朝劉宋將領，在宋明帝時隨薛安都投奔了北魏。羊侃自幼熟習兵法，六鎮之亂，他參與平叛，屢立戰功，後來對北魏亂象失望至極，加之心向南朝，就率部歸順梁國，在梁武帝末年算是為數不多的打過硬仗的宿將。羊侃見蕭淵明這副模樣，只好自求多福，率領本部人馬出屯堰上，免得被蕭淵明拖累，其他梁將也各自暗存私心，不再積極應戰。
梁軍將帥離心，東魏方面卻從容不迫。慕容紹宗親率步騎兵一萬，首先進攻梁國潼州刺史郭鳳的軍營，東魏軍萬箭齊發，形勢危在旦夕。
梁軍營中，蕭淵明正喝得酩酊大醉，趴在桌上起不來。他下令眾將救援，卻不指派具體的人選，大家大眼瞪小眼，誰都不挪步。北兗州刺史胡貴孫看不下去，對譙州刺史趙伯超說：「我等帶兵而來，正是為了有所作為，如今敵軍進攻，何以不戰？」趙伯超無言以對，回到營中，對手下兵士說：「魏軍勢盛，交戰必敗，不如早點退兵，還能保全性命。」打點行裝準備開溜。
胡貴孫得不到任何響應，便率領本部兵馬，趕往郭鳳軍營。兩軍合為一處，反攻東魏軍，奇跡居然出現，梁軍一時斬殺兩百多名敵軍士兵。
慕容紹宗此次出擊的目的，主要是為了試探梁軍虛實，他預料梁軍會輕易進攻，而且虎頭蛇尾，臨行時曾對走在後面的將士說：「我會佯裝敗退，引誘南軍，你們記著從他們的身後進攻。」
接觸戰一打，慕容紹宗的前鋒是真敗了，來不及打招呼便向北退卻。梁軍主帥蕭淵明藉著酒勁撒了歡地追，其他將領的軍隊也跟著追了上來。可是東魏的後軍卻實誠得很，不是叫我們等在後面圍攻梁軍嗎，好，那就上吧，立即從兩翼繞到了梁軍主力的身後，如兩條臂膀一般，把梁軍整個攏入了包圍圈。
侯景曾一再派人告誡梁軍：「追逐北軍不可超過二里路。」騎兵與步兵對陣時，不論騎兵的敗退是真是假，一旦拉長戰線，不利的往往是追擊的步兵。追得越快越遠，不可知因素也越多。侯景十分瞭解東魏的戰術，誘敵深入，圍而殲之，對於騎兵來說再熟悉不過了，但對於以步兵見長、且久疏戰陣的梁軍，卻顯得很陌生，所以侯景特意向友軍強調此事（這套戰術與草原上狼群的捕食方法如出一轍，是遊牧民族所擅長的戰法）。梁軍上下都忘了個一乾二淨。人往往習慣於順應本能，兵敗如大山崩倒，兵進如水銀洩地，一個人停住腳步容易，一群沒有統一思想的人要停住腳步，幾乎不可能。
退敗中的慕容紹宗見後軍發力，便掉轉頭來，回擊梁軍各部。梁軍腹背受敵，頓時崩潰，失散陣亡的士兵數萬人，其餘被俘，一身酒氣的蕭淵明、生猛無比的胡貴孫、臨陣脫逃的趙伯超等將都被生擒活捉。十萬大軍，惟獨先前移兵堰上的羊侃一部沒有損傷，他接到消息，下令整軍撤出戰場，全師而還。
寒山的戰報傳到建康，梁武帝正在宮中午睡。太監張僧胤稟告，朱異有要事相奏，梁武帝升閣傳見。朱異興沖沖進到內閣，氣喘吁吁地報道：「寒山之戰，我軍失利！」
梁武帝驚得身子一晃，差點從座位上摔下來，張僧胤趕忙上前扶住。半晌，梁武帝歎了口氣，搖著頭說：「莫非我的下場會如晉朝皇帝那樣麼？」
寒山的慘敗打破了梁武帝后期的既定方針，即：坐觀北朝東西內戰、消耗實力，待時機成熟時收穫漁翁之利。
梁武帝的方針無懈可擊，但卻忽略了一個根本的問題：戰爭是要靠人來完成的。戰爭消耗了國家的實力，也鍛煉了國家的戰鬥力，從最高統治者、普通老百姓，到軍隊，其戰爭能力都會得到極大限度的開發。南朝一味的坐山觀虎鬥，原有的戰鬥力（其實也稱不上強）在和平中慢慢退化，最後成了坐吃山空，一遇戰事，反而不如長期內戰中的北朝。
寒山之戰是最好的例證。梁武帝的作戰意圖和計劃很出色，利用侯景的勢力，奪取北朝的大片領土，特別是極具戰略、經濟和政治意義的河南各州，進而統一天下。但是，再完美的戰略計劃，都需要有優秀的執行者來配合，梁國境內根本找不出一名能夠很好執行梁武帝的作戰計劃的人。蕭會理也好，蕭淵明也罷，乃至於羊侃，都不是出色的執行者，至於再往下的中低級將領，以及普通士兵，軍事素養就更別提了。這一切，釀成了寒山之敗，也在日後釀成了更大的悲劇。