月余，雨停，水渐退去。魏军完成对襄平的包围，昼夜强攻。城内粮尽，死者甚多，其将杨祚等降。当时城中愈发震恐，公孙渊也很惊惧，八月，公孙渊派相国王建、御史大夫柳甫请求解围，司马懿斩杀使者，发布檄文严责。公孙渊又派侍中卫演来请求定日期送人质，司马懿拒绝人质。公孙渊欲从城南突围，司马懿纵兵击破其军，公孙渊战死在梁水边上。
入城后，司马懿下令屠杀十五岁以上男子七千多人，收集尸体，筑造京观。而后他又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。
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、贾范等人修了坟墓，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。
托孤重臣
原本朝廷让司马懿便道往镇关中。但当到达白屋时，有诏书召他火速回京，三日之间，诏书五至。魏明帝手书说：“间侧息望到，到便直排阁入，视吾面”。据说，司马懿在襄平时，曾梦见魏明帝枕在他膝上，说：“视吾面。”
他俯视，见魏明帝面有异色。如今一见诏书此语，大惊，乘追锋车昼夜兼行，从白屋到京城，四百多里，一夜而至。至则径人嘉福殿内御床旁边，满眼流泪，指问疾病。魏明帝拉着他的手，目视太子齐王，说：“以后事相托。死乃复可忍，吾忍死待君，得相见，无所复恨矣。”（《三国志·魏书·明帝纪》为“吾疾甚，以后事属君，君其与爽辅少子。吾得见君，无所恨。）
当天，魏明帝去世。时为景初三年（239年）正月。齐王曹芳继位，年仅八岁，司马懿乃与大将军曹爽一起接受遗诏辅佐少主。齐王即位，司马懿任侍中、持节、都督中外诸军、录尚书事，和曹爽各统精兵三千人，共执朝政。曹爽欲排挤司马懿，想让尚书奏事先通过自己，以便专权，向天子进言，改任司马懿为大司马。
朝臣们认为以前大司马，有好多都死在任上，不吉，于是任命司马懿为太傅，效仿西汉丞相萧何那样，入殿不趋，赞拜不名，剑履上殿。以世子司马师为散骑常侍，子弟三人为列侯，四人为骑都尉。司马懿韬光养晦，大力拒绝不让子弟为官。