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公元310年，劉聰登基三個月後即命令劉曜、王璨出兵攻打洛陽，石勒也奉命到大陽和劉曜會和。漢趙軍隊集結完畢之後，大軍向洛陽進發，先在澠池擊敗西晉裴邈，然後大軍長驅直入進入洛川地區，西晉面臨滅國的危險。
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石勒奉命進攻成皋關，切斷洛陽的東進之路。王彌等率軍南下進入西晉的樑陳地區，切斷洛陽的南方補給線。
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石勒在拿下成皋關之後，又向東攻擊陳留郡，但是在滄垣城被陳留太守王瓚擊敗。石勒向北逃往文石津，在攻擊冀州之前，被冀州太守王浚擊敗，石勒又逃往重門。
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王彌和劉曜在攻克陽翟之後，又率軍攻擊汝州，石勒則從石門渡過黃河南下，率軍策應。
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公元311年，劉聰再次派遣呼延晏率軍從平陽出發攻擊洛陽，在擊敗西晉的層層防禦之後，又於洛水燒燬晉懷帝準備逃跑用的船隻。同時，劉聰下召劉曜、王彌、石勒率軍合圍洛陽。
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洛陽在內外交困之下，終於被攻破，晉懷帝做了俘虜，羊皇后也被劉曜霸佔，西晉皇室首次遭受外族凌辱。自作孽，不可活，八王之亂的惡果終究還是需要西晉皇室自己來嘗。
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洛陽被攻克之後，鎮守長安的司馬模開始加強防禦，但是蒲阪守將趙染向司馬模討官不成，竟然投降了後趙。在劉聰的支持之下，趙染憑藉一己之力，打的司馬模毫無招架之力，司馬模主動投降後仍被殺。洛陽、長安兩京的陷落，說明外族的威脅已經到了極度危險的地步。
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公元312年，劉聰命令劉曜、劉璨進攻西晉將領劉琨鎮守的晉陽，劉琨因兵少率軍撤出晉陽，北方還在西晉控制下的地區已經不多了。公元313年，劉聰還是決定殺死晉懷帝。
