先前，公孙表和太史令王亮同署办公，公孙表很瞧不起王亮，认为他无德无能，只会看天上的星宿，所以多次故意羞辱他。此时，随军的参谋王亮见了来信，就乘机报复，对拓跋嗣说：“公孙表的军队驻守在虎牢的东西，东为甲乙寅卯木，以阴阳五行，木克土，魏以土德，公孙表居东之方位克君王，目无魏主，故尔刘宋军队不灭。”
这真是欲加之罪，何患无词。拓跋嗣在崔浩的教化之下，也喜好阴阳术数，仔细一想，果然如此，君王处之高位，怎么能够容忍克己的部下；此时他已经是病体攻心，五内心烦，也没仔细思考这事的真伪，也没细想这样做将产生这样的后果；当晚，就派出杀手，悄悄潜入公孙表大帐，乘公孙表熟睡的时候，用绳索勒死了这个一代名将。又因为两军对垒，拓跋嗣毕竟做贼心虚，就对外宣布公孙表暴病身亡，不敢公开这件凶杀事件。
北魏滥杀了战将公孙表，攻击虎牢的战斗就更加困难了。拓跋嗣见久攻不下，又派占领滑台的叔孙建领兵，会合奚斤，共同围攻虎牢。
围城攻坚战一直打了两百天，刘宋部队勇敢的斗士尽皆战死，剩下的伤残守军只得退守内城。外郊的三道城墙被魏军攻克两重，毛德祖仍坚守内城，坚持抗战。
奚斤为自己这样在一个小小虎牢城前毫无进展而忧虑，也觉得很没面子，就派工兵部队学习毛德祖的办法，在地下挖通道，地道深四十丈，把内城的井水全部引流，要把敌人困死渴死。
毛德祖的士兵们又饥又渴，因无饮水，血液都流不动了，又因昼夜戍守，无法睡觉，一个个眼角生疮、溃烂，毛德祖亲自去看望这些士兵，还用嘴唇去*舔士兵生疮溃疡的眼角，为之热敷，士兵们十分感动，誓死坚守孤城。
拓跋嗣见毛德祖有勇有谋，失悔自己中了反间计，杀害了一代名将公孙表，对部下说：“对毛德祖只能俘虏，生擒，不能斩杀！”于是，奚斤又命令工兵部队将引流井水的泄洪渠往内延伸，终于从地道里冲出，占领了内城。
刘宋的士兵们见四面都冒出来北魏的旗帜，扶毛德祖上马，让他骑马突围。毛氏慷慨地说：“我已发誓和此城共存亡，岂有此城亡而我身存的道理。”拒不骑马外逃，坚持战斗到孤身一人被俘，只有参军沈道基率领二百人的马队突出了重围。
这场旷日持久的战斗，尽管北魏占领了虎牢，却死伤了十之二三的兵力，也损耗了拓跋嗣大量的精气精神，完全靠五石散刺激神经，指挥战斗。结果，损失还这样惨重。如果以拓跋嗣参战部队近八万人计算，仅此一战，就损失了近两万人，比刘宋的部队损失还要惨重。
这时，拓跋嗣想起临出发前崔浩的劝阻，又一次叹息自己没听崔浩的话，招致这样惨重的损失，唯一的收获是毛德祖。可惜，还没等到拓跋嗣重用这个战俘，老天爷已决定重用他了――回军的路上，拓跋嗣闷闷不乐，久病之身再也无法坚持，头脑昏厥，猛地跌下马来。众人手忙脚乱，赶忙把他扶上病床，却因跌断了肋骨，伤及内脏，伤势严重。
拓跋嗣深知时日不久，忙在军中传唤太子，对拓跋焘做最后的遗嘱。不外乎是遵照自己的改革方针，继续实施，多听取崔浩的意见，凡事不可擅作主张，等等等等。说完，撒手而去，终年三十二岁。拓跋嗣年纪轻轻丧命，五石散是不可置疑的罪魁祸首。
明元帝当政的十五年，可说是一位承前启后的重要君王，对上，继承了拓跋深化改革，变游牧为定居，完成了草原文化向农耕文明的转化演变，初步实现了农奴制向封建制的转化。
特别是启用罪囚窦艳，让优秀的汉族知识分子对未来的皇帝洗脑，让优秀的汉文化浸润他，使之深入骨髓；多年坚持不懈，终于培养出优秀的下一代。
启下，对自己的施政方针，改革方案，特别是国家机器的建设，拓跋嗣毫无保留地将衣钵交给了自己的接班人，对北魏统一北方各游牧部落，建立强大的帝国，进一步汉鲜（各族）民族融合，任用汉族知识分子，毫无保留地汲收先进的汉文化，起到了不可磨灭的作用。