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拓跋珪灭燕之后，中华大地的政治格局一下子清晰起来，实力最强的三股势力呈三足鼎立之势：鲜卑拓跋氏建立的北魏雄视华北，羌族姚氏建立的后秦傲立关中，衣冠南渡的东晋盘踞东南。这是三股在当时最有可能统一中国的势力。而西燕和后燕灭亡之后，北魏和后秦开始大面积接壤，两个国家的矛盾也因此越来越明显。
但拓跋珪为了专心剿除后燕残余势力，一度不想和后秦交恶。拓跋珪的谨慎是十分有必要的。前秦苻坚淝水战败后，关中地区空虚，依附于苻坚的羌族部落首领姚苌趁机独立，在渭北自称万年秦王，后又在长安称帝。羌人在汉末三国时期就让中原王朝大为头痛，许多中原军阀都在羌族长枪兵的手里吃过苦头，如董卓、马腾之流也因仰仗羌兵而能逞一时之强。后秦创立者姚苌死后，其子姚兴继位，他与拓跋珪年纪相当，是个很有魄力的君主，他对周边势力不断征讨，扫荡了许多大小部族，其国势壮大的过程几乎与北魏同步。
北魏天兴四年（公元401年），拓跋珪派遣使者贺狄干带着一千多匹良马向后秦求婚，准备迎娶素有美名的西平公主。良马对于北魏来说，是比黄金还宝贵的东西，可见拓跋珪为了这场婚事是下了一番血本的。
后秦国主姚兴将良马收下，婚使扣下，然后派人传话：不嫁。
拓跋珪见一国之主姚兴这样不讲规矩，顿时火冒三丈（主要心疼马），于是遥封被扣押在后秦的贺狄干为襄武侯，又对依附于后秦的黜弗部、素古延部两个游牧部落用兵，后秦、北魏两国关系因此变得十分紧张。可是，后秦虽然不满，却并未做出具体的军事行动。拓跋珪决定逼后秦做出反应。
第二年，拓跋珪派常山王拓跋遵率军侵入后秦境内，袭击秦州刺史、高平公没奕干。没奕干并非一个人在战斗，他还有一个帮手，而且这个帮手和拓跋部也算是世交，他就是铁弗部王子刘勃勃。几年前，北魏攻打铁弗部，铁弗部遭灭族，刘勃勃逃亡薛干部，北魏勒令薛干部交人，薛干部酋长太悉伏畏惧拓跋氏，想将刘勃勃送给北魏，可他的一名部将却劝说：“即便受伤的小鸟来投靠人，我们也应给它一个安身之所，何况这是一位已亡族的王子！若我们把他交给魏国，天下人必会耻笑我们畏强国而不重义！”可太悉伏实在害怕拓跋珪，便命人把刘勃勃押上了去往北魏的马车。那个说情的将领不忍看刘勃勃送死，于是在途中将其劫获，然后转送到后秦国都长安。
刘勃勃身高八尺五寸，仪表俊美，威风凛凛，而且能言善辩，聪慧机警，很会讨人欢心。姚兴很喜欢这个年轻人，拜其为骁骑将军，放心地让他参与后秦的军政大事。
殊不知，这是养虎为患。
拓跋遵兵临高平，没奕干落败，弃城逃奔秦州（今甘肃天水市）。拓跋遵追至瓦亭（今甘肃固原市南），抄掠没奕干的府库，得到大量钱财和战马四万多匹，又迁徙所俘后秦部众到北魏平城，让他们开垦农田，着实大赚一笔。
这时，拓跋珪又分兵一路，攻击后秦在河东的疆域。
这一下，后秦被打疼了。
面对咄咄逼人的北魏，姚兴的性子上来了，遣其弟义阳公姚平、重臣狄伯支率步骑四万，进逼北魏西境，后又让太子姚泓镇守长安，自己则亲率大军紧随姚平而来。
北魏和后秦间的较量正式开始。
但是，从一开始，这场较量就明显呈现出后秦军“吃亏”的势头。后秦先遣部队进入北魏后，全军上下无不有一种强烈的陌生感——不认识路，不熟悉北魏国内情况，不知道北魏军队在何处。姚平谨慎，不敢轻举妄动，派遣了一个二百多人的小队到前方打探虚实，但是非常不巧，这支斥候部队撞上了北魏将领长孙肥所率领的六万大军，只好束手就擒。
姚平因迟迟等不到斥候归来，不敢贸然深入，因此延误战机。
延误战机的代价是巨大的。后秦的一再拖延给北魏军队争取了宝贵的时间——在他们举棋不定时，原本兵力分散的北魏军队很快由涓涓细流汇成大海，拓跋珪亲率的主力与长孙肥部会师，逼近后秦军，杀气腾腾。姚平不敢迎战，退到汾河以东的柴壁（今山西太原市附近）。拓跋珪紧追不舍，将其团团围住。
姚平观察了柴壁地形，惊喜地发现：柴壁的地势是一个缓坡，而他所处的位置刚好在一个制高点上，是个天然的易守难攻的军事要塞。惊喜之余，他下令兵士组成一个滴水不漏的紧密方阵，以此抵御北魏军队的进攻，然后焦急地等待兄长姚兴的援军到来。
拓跋珪的一名谋士看出了姚平的意图，同时也看到了他的破绽，于是向拓跋珪献策说：“兵法云：‘高者为敌所栖，深者为敌所囚。’这两个忌讳姚平都犯了。只要我们派兵控制汾河，让后秦姚兴不能过河援救姚平，姚平军必然士气尽失，到时候，柴壁便可不攻自破！”
另一名部将也说：“后秦士兵勇猛，姚兴也非等闲之辈，他若攻来，势头必然凶猛，我们不能被动防守。汾水东面是蒙坑，蒙坑东西绵延三百余里，无路与之相通，是个绝境，如果姚兴来援，必定取道汾西（汾水西岸），一旦他与姚平成呼应之势，姚平绝处逢生，我们纵是设下再多障碍也无法阻挡。所以，我们应在汾水之上搭起浮桥，让主力驻扎在汾水西岸，并高筑围墙，姚兴来了即便猛攻我们也不怕——只要不让他和姚平成呼应之势，则破敌易如反掌。”
拓跋珪听从他们的建议，下令在汾水之上架设浮桥，然后移军至汾西，筑建高墙壁垒，严阵以待。
姚兴听闻姚平被困，亲率四万七千人急行军打援，行军至蒲坂（今山西永济市西南）时，他却犯起了嘀咕。一方面，他很想解救姚平之困，另一方面，他又想趁此机会直捣魏军大本营。思来想去，始终不能确定哪个方案更为可行，迟迟做不出决断，结果，他的犹豫不决又给拓跋珪送去了大把宝贵的时间。
拓跋珪从容不迫地在汾水西岸驻扎下来，并建起易守难攻的高墙壁垒，工事完毕，却迟迟不见姚兴攻来，于是实在坐不住，遂反守为攻，亲率步骑三万，对举棋不定的姚兴发动突袭。
姚兴猝不及防，所部被斩杀千余人，伤者无数，败退四十余里。
拓跋珪大胜而归，料定不甘心的姚兴必定会偷袭，于是下令将汾西壁垒城墙加高，而后稳坐城内，等待姚兴。
夜里，姚兴果然率军来偷袭汾西壁垒。发现情况的魏军按兵不动。
接着，具有戏剧性的一幕发生了：后秦军扛着云梯，摸到魏军壁垒之下，将云梯架在城墙上，爬着爬着，忽然发现了一个让他们脊背发凉的状况：爬到梯子尽头，墙头还有好远。
他们的皇帝姚兴，把梯子做短了。
这时，城墙上忽然灯火通明、鼓声大作、杀声震天，魏军如从天降，开始居高临下地对后秦军队发动攻击。后秦军队立刻溃败。
姚兴羞愤难当，决意不惜一切代价解救姚平之困，希冀以此扭转战局。他数次搭建浮桥，抢渡汾水，但每每都被汾水两岸有浮桥相通的魏军击退。
战争进行至此，后秦军队的情况是：姚平盼望姚兴渡河援救，而姚兴却盼望姚平能突围成功，双方境遇十分尴尬。
最终，被逼进绝境的姚兴又想出一个对策：烧掉魏军的浮桥，让汾水两岸的魏军不能兼顾。后秦军连夜赶制出一批木筏，又在木筏上堆放大量木柴，而后燃起大火，让木筏借风势顺流而下，企图一举烧掉浮桥。
但拓跋珪早就识破了姚兴的计策。他命人准备了许多长长的铁钩，当火筏漂来时，便让兵士将它们钩住后拖到岸边。很快，木筏和木柴便堆积成山。此时已是秋末，天气寒冷，后秦送来的大堆木材刚好用来烧火取暖，魏军简直要感谢姚兴雪中送炭的“义举”。
姚兴气得几乎吐血了。
双方相持到十月，被围困在柴壁的姚平军已是弹尽粮绝，绝望中，他们决定孤注一掷。这天夜里，姚平率军突围。听到河对岸的动静，姚兴大喜，让士兵燃起火把，擂起战鼓，为兄弟部队呐喊助威。因为不明对岸具体情况，哥哥姚兴为弟弟姚平所做的也仅此而已，他始终没有派军抢渡过河助战，结果孤军奋战、兵困马乏的姚平军很快被魏军击败，一路逃窜至汾水岸边。
面对滔滔河水，姚平做了一个看上去并不是最坏的决定：游过汾水与姚兴会合。
农历十月，天寒地冻，估计当时汾水的水温和泰坦尼克号失事时的海水温度差不多，后秦士兵跳入冰冷刺骨的汾水中，可人还没游到对岸就被冻僵了。很快，汾水河面漂满了后秦将士的尸体。拓跋珪让善水的士兵驾船，用大铁钩捕捉活着的后秦士兵，俘虏后秦四十余将领。姚平尸首无踪。姚平军全军覆没。
对岸的姚兴看见河面上惨烈的一幕，却无能为力，仰面号啕，其身后的大军也都放声痛哭，哭声响彻空旷清冷的山谷。
大势已去的姚兴接连数次遣使求和，均被拓跋珪回绝。沉浸在胜利快感之中的拓跋珪又命魏军将后秦军的尸体打捞起来，将他们捆起来，一个接一个地立在汾水岸边。看到这情形，河对岸的后秦军士的心理防线彻底崩溃。拓跋珪随即率军过河发动攻击，后秦军队一再败退，退入本国境内。拓跋珪又乘胜攻打后秦宗室姚绪镇守的蒲坂，但姚绪闭门不战。
北魏臣僚劝说拓跋珪强攻，务必要将蒲坂拿下，这时却忽然从后方传来军报：柔然寇边。
拓跋珪急忙班师回朝。
柴壁之战以北魏大获全胜、后秦一败涂地而告终。此次战役后，雄踞关中的强国后秦王国迅速衰落，再无能力与北魏抗衡，北魏由此进一步壮大。
但北魏的富庶和强大也为它招来了麻烦。代替鲜卑成为新一代草原霸主的柔然，也开始垂涎北魏的“中华物力”，这个体内流着苍狼血液的民族，终将拉开与北魏王朝长达百年的战争序幕。