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嘉禾六年（公元237年），吴国卫将军全琮袭击六安，未不能克。不久魏国庐江主簿吕习请求东吴出兵支援他，他打算开城门作内应。全琮和吴将朱桓都率兵支援他，到达后，事情败露，军队要退走。城外有条溪水，离城一里，宽三十多丈，深的地方八九尺，浅的也有四五尺，各部队引兵渡河，朱桓亲自断后。庐江太守李膺整顿兵马，打算等待吴军渡至河中央时趁机袭击它。但一见到朱桓的节盖在后方，最终还是不敢出战。敌军是如此畏惧朱桓的。

全琮为统帅，孙权又命令偏将军胡综传达命令，参与军事。全琮认为军队出征而没有斩获，打算把部队分给诸将，进行袭击。

朱桓一向志气高，耻于被人所统率，于是去见全琮，问他的行军计划，知道全琮有所计划，朱桓发怒，要和全琮理论。全琮为求解脱，就说：“主上命令胡综督军，是胡综认为应该这样做的。”朱桓更加愤恨，回去后就派人找胡综来。胡综来到军营门口，朱桓准备出去迎接他，回头对左右的人说：“我挥手，你们就各自出去。”有一人从旁边出去了，和胡综的使者交谈然后回来。朱桓出去门外，不见胡综，知道是那个人所为，于是斩杀了他。朱桓的参军进谏，朱桓又杀了参军。随后狂病发作，回到建业治病。孙权爱惜他的功绩和才能，所以不治罪。派朱桓之子朱异率领朱桓部下，令医者为他看病护理，几个月之后派遣回中洲。孙权亲自送朱桓，对他说：“现在敌人依然存在，称霸的道路尚未明确，我应该和你一起平定天下，打算让你统率五万人独当一面，来图谋攻取敌国，希望你的疾病不会复发。”朱桓说：“上天授予陛下圣人的姿貌，应当君临四海，委任重臣，来清除叛逆，这样我的病就会自然康复。”

朱桓性格高傲，耻于为人所驱使，每次临阵交战，统率军队不得自由控制，就会埋怨激愤。然而朱桓轻财重义，且记忆力好，见人一面，几十年不会忘记，部下一万人，他们的妻子和儿女朱桓都全部认识。喜欢供养士卒，赡养亲戚，俸禄家产，都分给他们一同享用。朱桓病重的时候，全军营都十分担忧。

赤乌元年（公元238年），朱桓病死，享年六十二岁。部下不论男女，无不痛哭。又因为家里没有财产，孙权赐五千斛盐来处理丧事。子朱异继嗣。陈寿：“桓性护前，耻为人下，节度不得自由而而愤激。然轻财贵义，兼以强识。与人一面，数十年不忘。”“朱桓以勇烈著闻。”

魏景初二年（238）正月，明帝曹睿诏回太尉司马懿，领兵四万准备第三次伐辽东公孙渊。魏明帝问他估计公孙渊有什么对策，司马懿说：“事先弃城逃走，是上计。凭借辽水抗拒我大军，这是次计。坐守襄平，那他就要当俘虏了。”魏明帝又问：“公孙渊会采用哪种？”司马懿回答：“只有聪明人能正确估量彼此实力。预先弃城，不是公孙渊所能做到的。他定会认为我们这次孤军远征不能持久，先在辽水抗拒，再退守襄平，这是中计和下计”。魏明帝问：“往还需要多少时间？”司马懿说：“去百日，回百日，攻战百日，用六十天休息，一年时间足够了。”

当时朝廷大修宫室，加上军用物资，百姓饥弊。司马懿出征前劝魏明帝说：“昔日周公营造洛邑，萧何建造未央宫，今日宫室不完备，这是我的责任。然而黄河以北，百姓穷困，内外徭役繁多，势必不能百废俱兴，应暂时停止内务，以救目前之急。”

临行时亲友相送，司马懿感慨作歌：“天地开辟，日月重光。遭遇际会，毕力遐方。将扫群秽，还过故乡。肃清万里，总齐八荒。告成归老，待罪舞阳。”

正月，司马懿率牛金、胡遵等步骑四万，从京师出发，经孤竹，越碣石。公孙渊闻之，复遣使向吴称臣求救。吴遂大发兵，以救援为名，实欲待机而动。曹叡问蒋济：“孙权会出兵救辽东么？”蒋济说：“孙权知道此战他得不到什么好处，且深入救援是他力所不及的，只是在表面上进行援助则无济于事。就算孙权的子侄在危急时刻，他都犹然不动，更何况是往日给过他耻辱的异域之人了！现在他往外声张此事，乃其诡计。杳渚之间，距离公孙渊还远，若前方大军相持，不能迅速解决，以孙权程度不深的谋略，或许会以轻兵掩袭也说不定。”

六月，司马懿至辽东，公孙渊令大将军卑衍，杨祚领兵数万屯于辽隧（今辽宁辽阳西南），围堑二十余里，坚壁不战。司马懿乃多张旗帜，伪攻其南，衍尽将精锐迎之。魏军暗中渡水出其北，直指渊都襄平（今辽宁辽阳）。卑衍等恐，引兵夜走。复与魏军战，大败。魏军遂围襄平。七月，大雨月余不止，辽水暴涨，平地水深数尺，魏三军惊恐，欲撤围移营。司马懿乃令军中，敢有言徙营者斩，军心乃定。雨停，魏军乃合围，作土山地道，昼夜攻之。襄平粮尽，致要相食，死者甚多。公孙渊将杨祚降魏。八月，公孙渊派相国王建、御史大夫柳甫请解围而缚。司马懿斩杀使者，发布檄文严责：“昔日楚和郑是并列的国家，郑伯尚且肉袒牵羊而迎楚军。孤家为王者大臣，位在上公，而王建等要我解围退兵，如楚郑一样同列相待。二人年老糊涂，必是传话不符原意，已经将他们斩首。若还有话要说，可再派年少明智果决的人来。”公孙渊又派侍中卫演来请求定日期送人质。司马懿对他说：“作战的大要有五：能战当战，不能战当守，不能守当走，余二事惟有降与死耳。公孙渊若不肯自缚请罪，就是决心寻死了，不须送什么人质。”

襄平守溃，公孙渊与子修将数百骑突围向东南逃走，司马懿纵兵击破其军，公孙渊战死在梁水边上。司马懿入城将公卿以下及兵民七千余人，屠杀屠十五岁以上男子七千多人，收集尸体，筑造京观。把公孙渊所任公卿以下一律斩首，杀死将军毕盛等二千多人。收编百姓四万户。魏遂据辽东、带方（今朝鲜黄海南道、黄海北道一带）、乐浪（今朝鲜平安南道、平安北道及黄海北道各部分）、玄菟（今辽宁东部至朝鲜咸镜北道一带）四郡。司马懿释放了当年被公孙渊篡夺官位的公孙恭，又为被公孙渊迫害的纶直等人修了坟墓，表彰他们的后代。下令说：“古代讨伐一个国家，仅杀其中顽固凶恶的人而已。各位被公孙渊所连累的人，全部宽恕。中原人愿意返回故乡的，各随己愿。”当时司马懿军中有的士兵衣单寒冷，请求发给短袄，司马懿不给，表示“襦者官物，人臣无私施也”。于是上奏朝廷，把一千多名六十岁以上的士兵解除兵役，送返回乡。在原定一年的期限内，胜利班师。魏明帝派使者到蓟去犒劳部队，增司马懿食昆阳县，前后共二县。曹魏数十年来辽东问题终于彻底解决。