不久，遼軍包圍了瀛洲，直逼貝州、魏州，朝廷內外震驚恐懼。參知政事王欽若主張逃跑，他暗勸真宗放棄汴梁，遷都金陵；又有人勸真宗逃往成都。真宗猶豫不決，便召寇準商議。寇準力主抗遼，對主張逃跑之人恨之入骨，他心知是王欽若等人的主張，卻佯裝不知說：“誰為陛下出的這種計策，罪該處死。如今陛下神明英武，將帥團結一致，如果禦駕親征，敵軍自然會逃走……為什麼要拋棄宗廟社稷，遠逃楚、蜀之地呢?如果那樣，大宋必然人心崩潰，軍心渙散，敵軍會乘勢進攻，長驅直入，大宋的江山還能保住嗎?”一席話，說得那些主張逃跑的人羞愧難當。真宗受到震動，決定禦駕親征。
真宗和文武大臣率軍從京師出發，向北進發。當大軍到達韋城(今河南滑縣東南)時，聽說遼軍已攻到澶州(今河南濮陽南)北城，真宗驚恐萬分，信心全無，又打算南逃。寇準堅定地說：“目前敵人已經臨近，人心恐懼，陛下隻可前進一尺，不可後退一寸！北城的守軍日夜盼望著陛下的車駕，一旦後退，萬眾皆潰。”在寇準的堅持下，真宗率眾臣勉強到達了澶州南城。此時，隔河相望的北城戰事正酣，真宗和眾臣不敢親臨前線，不願渡河，寇準堅決請求真宗過河，他說：“陛下如果不渡過黃河，那麼人心就會更加危急；敵軍的士氣沒有受到震懾，他們會更加囂張。隻有陛下親臨北城，才是退敵的惟一辦法。更何況我軍救援部隊已經對澶州形成了包圍之勢，陛下的安全已經有了保障，還有什麼顧忌不敢過河呢?”他見仍說服不了真宗，就把殿前都指揮使高瓊叫到跟前，要他力勸真宗。高瓊對戰事相當了解，他對真宗說：“寇大人方才所言極是，將士們都願拚死一戰，隻要陛下過河親臨陣前，士氣必然大振，定能擊退敵軍。”真宗無奈，隻得答應過河。
到了北城，真宗登上城樓觀戰。正在城下浴血奮戰的宋軍將士，看到城樓之上的黃龍禦蓋，歡呼震天，聲聞數十裏，軍威大振。他們呐喊著衝向敵陣，遼軍被宋軍士氣所懾，銳氣頓消，潰不成軍。
此戰勝利後，真宗回到行宮，留寇準在城樓之上繼續指揮作戰。寇準治軍有方，命令果斷，紀律嚴明，很受士兵擁護。在他的指揮下，遼軍幾次攻城都被殺得大敗而還，主帥蕭撻覽也被射死。真宗在行宮之中對前線戰事不太放心，多次派人前來打探戰況，探子每次都見到寇準和副帥楊億在一起飲酒說笑，就回去稟報真宗。真宗高興地說：“寇準這樣，我還有什麼不放心的呢?”
當時，遼軍雖號稱20萬，卻是孤軍深入，糧草不繼，隨時有被切斷歸路的危險。蕭撻覽一死，遼軍人心惶惶，更無鬥誌，於是便派人送來書信，請求講和。條件是，隻要宋朝每年給遼國大量絹銀，遼軍就退兵，並且永不再犯中原。寇準想乘勝收複幽雲十六州，所以堅決不答應議和。真宗對戰爭早就厭倦，在求和派的勸誘下對兩國結盟議和表現出了極大的興趣。無奈主帥寇準的反對使議和出現了很大的阻力，於是一幫貪生怕死的官員就在背後放出謠言，說寇準利用打仗以自重，野心很大。迫於謠言的壓力，寇準隻得同意兩國議和，締結盟約。
真宗派大臣曹利用作為使節到遼軍帳營中簽訂結盟條約，並商討“歲幣”之事。臨行之前，真宗對他說：“隻要遼兵速退，‘歲幣’數目在百萬之內都可以答應。”寇準卻又把曹利用召到帳內，對他說：“雖然有皇帝的敕令，但你在與遼使簽約時，答應的數目不得超過30萬，否則，提頭回來見我。”
這年十二月，宋遼雙方終於在澶州達成協議：遼軍撤出宋境，遼皇帝向宋皇帝稱兄，兩國互不侵犯，和平共處；宋每年撥給遼“歲幣”銀10萬兩，絹20萬匹。這就是曆史上著名的“澶淵之盟”。
澶淵之盟後，河北戰事平息，北疆人民安居樂業，寇準功勞很大，聲望更高了。