天安元年，南朝宋将领薛安都以徐州归附北魏，薛安都请求北魏出兵援助。 献文帝任命尉元为使持节、都督东道诸军事、镇南大将军、博陵公，与城阳公孔伯恭赴援。南朝宋东平太守、无盐戍主申纂诈降。尉元知道申纂是伪降，表面接受他的投降，而暗地里防备着他。南朝宋兖州刺史毕众敬派遣东平太守章仇扌剽檦来到魏军投降，尉元接纳。于是尉元长驱前进，宋将周凯逃走。宋明帝刘彧派遣将张永、沈攸之等率众讨伐薛安都，张永驻军在下磕。张永分别派遣羽林监王穆之领卒五千，在武原守辎重，派遣龙骧将军谢善居领卒二千据守吕梁，散骑侍郎张引领卒二千据守茱萸，监督当地百姓上交军粮。薛安都出彭城面见尉元，尉元按照朝廷的旨意，授薛安都徐州刺史。尉元派遣中书侍郎高闾、李璨等人与薛安都回到城内，别令孔伯恭率精兵二千，安抚彭城内外的百姓，然后尉元也进入彭城。尉元认为张永占据险要的地形，攻守的能力倍增，如果硬攻军队损伤太大。于是尉元命薛安都与李璨等固守彭城，亲率精锐进军，先攻击据守吕梁的谢善居，断绝宋军的粮道。谢善居逃奔据守茱萸的张引，然后谢善居与张引东奔据守武原的王穆之。尉元率骑兵追击，斩杀宋军八百余级。据守武原的八千余宋军，与魏军交战相持。尉元亲身入阵，指挥魏军四面进攻宋军，击破王穆之的外营，杀伤宋军过半，缴获宋军的辎重五百余乘，运送给镇守彭城的军队。然后尉元拢军队缓缓作战，让开一条道路给宋军逃走。王穆之率领残余宋军投奔张永。张永无力再战，尉元乘胜包围张永军营，攻其南门，张永遂弃城夜逃。孔伯恭、薛安都乘势追击，当时天降雨雪，泗水冰封，张永弃船而逃。尉元预测张永必将逃跑，于是率领众军，在张永逃跑的路上拦击，魏军南北夹击，在吕梁的东面大破张永的军队。斩杀宋军数万级，魏军追击六十余里，宋军死者相枕，手足冻断者十有八九。生擒宋军将领垣恭祖和沈承伯等人。张永和沈攸之轻骑逃脱。魏军缴获宋军的船、车、军资器械不可胜数。宋东徐州刺史张谠据守围城，宋徐州刺史王玄载守下邳，宋辅国将军、兖州刺史、樊昌侯王整，宋龙骧将军、兰陵太守桓忻驱赶附近的百姓，坚守自固。尉元派遣使者宽慰晓喻，张谠及宋青州刺史沈文秀等都派遣使者表示投降归顺，王整、桓析也来归顺。