七月，耶律沙率遼援軍進抵幽州城下，與宋軍大戰於高梁河(今北京西直門外)邊。遼軍初戰不利。耶律休哥和耶律斜軫軍及時趕到，分左右翼橫擊宋軍。幽州城內的遼軍也開門出擊。宋軍大敗，趙光義中箭負傷。遼軍乘勝攻擊，追至涿州，繳獲大量的軍械資糧，挫敗了宋軍的第一次北伐。
高梁河之戰後，遼軍曾數度越界南下。太平興國七年(982年)，遼景宗去世，遼軍即停止南侵。雙方處於休戰狀態。不過在此期間，宋太宗一直在準備二度北伐，以收複幽州，報仇雪恥。
太平興國十一年(986年)，宋知雄州(今河北雄縣)賀令圖等上言，說遼主少國疑，母後專權，寵臣用事，國人怨疾，建議乘此機會，直取幽雲。其實這時遼統治集團君臣協和，政治賢明，並不存在什麼可乘之機。但趙光義卻信以為真，不顧參知政事李至的反對，不顧糧草、軍械缺乏、北伐準備不足、開戰勝算不多的實際情況，不和宰相商量，即決定對遼用兵，兵分三路，大舉北伐。
宋東路軍一支以曹彬為主將，另一支以米信為主將。共擁有10餘萬兵力，是北伐的主力，由雄州直指出州。中路軍以田重進為主將，由定州(今河北定縣)進攻飛狐(今河北淶源)、蔚州(今河北蔚縣)。西路軍以潘美為主將，楊業為副將，出雁門(今山西代縣)，進攻雲(今山西大同)、朔(今山西朔縣)諸州。
遼軍的戰略部署是以南京留守耶律休哥部抵禦宋東路軍，以耶律斜軫部抗擊宋中路和西路軍，以勤德部守衛平州(今河北盧龍)，保衛側後方的安全。遼聖宗和蕭太後則率戰略預備隊駐幽州。
戰事初起，宋中、西二路軍進展順利，勢如破竹，連下飛狐、蔚、寰、朔、應、雲諸州。東路軍於三月初攻克固安、新城(今河北新城東南)，並占領涿州。耶律休哥避免與宋軍決戰，僅以小部隊騷擾宋軍，阻斷其糧道。十餘日後，曹彬因糧草不繼，退往雄州。
趙光義得報後認為大敵當前，回軍就糧乃兵家所忌，立即下令東路軍不得後退，亦不準再進，並命曹彬率部沿白溝與米信部會合，待中路、西路攻占山地之後，再會師北上。但曹彬所部諸將聽到中、西二路連戰皆捷的消息後，惟恐落他路之後，無不積極求戰，力主北上。曹彬無法控製，隻得再次率部北進。宋軍沿途迭遭遼軍阻擊，且戰且行。時值天氣炎熱，將士體力消耗頗大，抵達涿州時全軍上下均已疲乏不堪。這時，與曹彬正麵抗衡的是耶律休哥部，蕭太後、遼聖宗所率遼軍已從幽州北郊進至涿州以東25公裏的駝羅口，攻占固安。曹彬所率宋軍糧草將盡，難以固守拒戰，又麵臨遼軍主力合擊的威脅，遂向西南方向撤退。五月，遼軍在岐溝關追上宋軍，大敗曹彬、米信軍，並乘勝追至拒馬河，宋軍溺死無數。餘眾奔高陽，又受到遼軍騎兵的衝擊，死者達數萬之眾，遺棄的兵甲堆積如山。
遼在岐溝關一役後，即移兵西向，攻克飛狐和蔚、寰、應諸州。宋將楊業重傷被俘，不屈而死。山後諸州又落到遼的控製之下。
宋太宗第二次北伐徹底失敗，遼軍在再次挫敗宋軍的進攻後，又一次轉而采取攻勢。
鹹平二年(999年)，遼軍大舉南下，前鋒抵達邢(今河北邢台)、洺(今河北永年東南)、淄(今山東淄博南)、齊(今山東濟南)一線。
景德元年(1004年)秋，蕭太後與遼聖宗大舉攻宋。
閏九月，遼軍會集固安，攻順安軍(今河北高陽東)、威虜軍、北平寨(今河北完縣東北)、保州均未克。後轉攻定州，被阻於唐河。遂移師東向瀛州，並利用降將王繼忠致書宋真宗，試探議和。
十月，遼集兵攻瀛州(今河北河間)，10餘日不克，傷亡慘重。十一月，轉兵攻天雄軍(今河北大名東北)不克，南下破德清軍(今河南清豐西北)，威逼澶州(今河南濮陽)，襲取通利軍(今河南浚縣東北)。
十一月，大將蕭撻凜在澶州察看戰地時，中宋軍伏弩身亡。遼失主將，士氣大挫，軍心厭戰，且恐宋屯鎮、定二州重兵襲擊側後，亟謀妥協。宋以澶州為決戰戰場，集中兵力與遼軍相持。真宗臨陣督戰，以振軍心。但惟恐遼軍突破澶州，危及東京(今河南開封)，遂以向遼納幣帛為條件，締結和約，史稱“澶淵之盟”。宋遼戰爭遂告結束。
“澶淵之盟”不僅使遼兵安然從險境中脫身，還獲得了戰場上本來得不到的東西。但對宋朝來說“澶淵之盟”則是一個屈辱妥協的和約。不過，從中華民族的發展史看，“澶淵之盟”的訂立，結束了宋遼之間連續25年的戰爭，使此後的宋遼邊境近百年處於相對和平穩定的狀態。不僅雙方邊境大片地區得以發展生產，而且雙方還通過“榷場”進行經濟交流和商業活動，因而對南北經濟文化的發展和提高是十分有利的。