五路大軍中，環慶路和涇原路離西夏本土最近，按照事先的計劃，這兩路人馬合軍後，再向西夏進攻。宋將劉昌祚率領的涇原路軍到達指定的會合地點後，高遵裕的環慶路軍卻遲遲未到。此時，梁太後已經調集胡蘆河南岸的所有兵力，增援涇原路的邊防地區。劉昌祚擔心失去戰機，於是不再等候高遵裕，隻率本部兵馬五萬人孤軍深入西夏本土，在堪哥平（今寧夏同心西北）與西夏三萬人相遇。堪哥平有個叫磨臍隘的關口，地勢險峻，西夏軍據險死守，宋軍寸步難進。劉昌祚命令宋軍盾牌手在前，神臂士兵在後，弩手在次後，分成幾隊渡過了胡蘆河，並承諾厚賞將士。宋軍將士奮勇向前，一舉奪取了磨臍隘，守衛磨臍隘的梁太後之弟梁大王也死在此戰中。
宦官李憲率領的熙河路軍隊在西市新城（今甘肅榆中東北）大敗西夏軍隊後，又在女遮穀（今甘肅蘭州東）血戰一場，之後西夏軍隊聞風喪膽，狼狽逃竄，宋軍迅速向蘭州（今甘肅蘭州）挺進。蘭州附近的部落首領巴令謁率三個部落歸順了宋朝，並為宋軍攻下了蘭州，隨後宋軍開始在蘭州築城。
高遵裕率領近九萬環慶軍從慶州（今甘肅慶陽）出發，進兵清遠軍（今甘肅環縣東北）。清遠軍是宋夏雙方都要爭奪的軍事重鎮，也是宋軍出塞的重要關口。高遵裕率軍直抵清遠軍城下。駐守清遠軍的西夏將領嵬名訛（口兀）見宋軍人多勢眾，知道難以抵抗，於是主動開城投降。高遵裕收複清遠軍後，張守約建議說清遠軍距靈州（今寧夏青銅峽東）不到三百裏，可以派兵直搗靈州，但高遵裕沒有采納這一建議。其後高遵裕率領宋軍直抵韋州（今寧夏同心縣東北），西夏軍隊早已聞風而逃，韋州城已變成一座空城，因而高遵裕兵不血刃地占領了韋州。
另一宦官王中正率領六萬河東路軍從麟州（今陝西神木）出發，聲稱是代替宋神宗禦駕親征。一路上，宋軍幾乎沒有遇到任何抵抗，便順利渡過無定河（陝西榆林河），因而這一路軍馬並未正式參與戰鬥。有些將領為了邀功，向王中正建議說：“其他各路兵馬已經取得了巨大勝利，斬獲了許多西夏士兵的首級，唯獨我們這路兵馬才斬獲三十顆首級，不如我們攻占宥州（今陝西靖邊西），如此可以多立軍功。”王中正采納了他們的建議，率領軍隊進攻宥州。攻占宥州後，屠殺城中無辜居民五百餘家，以便用這些人的首級來充作西夏士兵的首級。
在講最後一路宋軍之前，先講講梁太後的應對。梁太後聽說宋朝兵分五路進攻後，便將各監軍司的兵力集合起來，交給梁氏家族的梁永能指揮。梁永能將軍隊分成三部分，一部分正麵抵禦宋軍進攻；另一部分埋伏起來，作為機動策應部隊；第三部分是突擊部隊，專門在宋軍安營紮寨時發動衝擊。然而，宋軍五路人馬各自進擊，難以協調一致，以致總進攻的日期一拖再拖。梁永能已經做好了戰鬥準備，日夜備戰，卻始終不見宋軍，不由得大怒，幹脆派人送信到鄜延路，大罵宋軍將帥是草包，想用激將法將宋軍引出來。
鄜延路統帥便是種諤。當時種諤所部人馬加上從開封府抽調來的將士，總共有十萬人。鄜延路軍從綏德城（今陝西綏德）出軍後，直接進攻米脂城（今陝西米脂縣）。圍攻了三天，城池巍然不動。梁永能聽說宋軍終於出動了，立即調派八萬軍隊前來增援米脂，但卻被早有準備的種諤打敗。種諤隨即勸說守衛米脂的西夏將領介訛遇投降，介訛遇見援兵無望，城陷是早晚之事，不得已開城投降。種諤入城後，軍紀嚴明，下令凡是入城後殺人或為盜的宋軍士兵一律處死，並就地任命介訛遇為米脂地方長官，繼續負責守衛這座城市。
蘇軾有《聞種諤米脂川大捷》一詩，稱讚種諤之功：
聞說官軍取乞誾，
將軍旗鼓捷如神。
故知無定河邊柳，
得共中原雪絮春。
隻是，這讚美詩還是唱得太早了。
戰事起初，宋五路大軍連連得勝，西夏軍則節節敗退，宋軍完全占據了優勢。梁太後束手無策，向群臣問計，一老將說：“不須拒之，但堅壁清野，縱其深入，聚勁兵興、靈，而以輕騎抄其饋運，諸軍無食，可不戰困也。”建議梁太後改行堅壁清野，誘敵深入，抄絕餉道，聚而殲之。梁太後無路可走，隻好采納，召集十二監軍司十餘萬精兵，駐防興慶府等要衝，堅守城堡，不斷遣精騎襲擊宋軍饋運，斷其糧道。宋劉昌祚涇原路軍圍靈州十八天不能破，糧餉很快不繼。此時正是冬天，宋軍將士正是饑寒交迫時，梁太後令決七級渠水灌宋營，宋軍被溺而死者無數，靈州之圍由此而解。
其他四路宋軍深入西夏境內後，也很快因糧草斷絕，先後潰敗。尤其種諤鄜延路一軍，已經攻克了銀（今陝西橫山東）、夏（今內蒙古烏審旗南白旗子）等州，正要奪取整個橫山地區，進而逼進西夏都城興慶府，也因為士兵潰變而回師。
至此，這場宋夏開戰以來宋朝投入最多兵力的戰事，在西夏國內動蕩的不利局麵下，最後以宋軍的敗退而告終。
不過，宋軍元氣未傷。元豐五年（1082年）七月，鄜延路計議邊事徐禧、沈括（《夢溪筆談》作者）等人上書宋神宗，建議在銀州東南二十五裏險要之地構築永樂城（今陝西米脂西），不甘心靈州之敗的宋神宗立即表示同意。於是徐禧和沈括等征發延州蕃、漢八萬餘人，浩浩蕩蕩趕赴永樂城築城。種諤剛好從京城開封回到邊關，勸阻徐禧不要築永樂城，還說在永樂築城必然失敗，等於將士兵送入虎口。但徐禧與種諤素來不合，而且種諤一直想在橫山地區築橫山城，徐禧便認為種諤是故意擾亂軍心，不但不聽，還上奏彈劾種諤驕橫跋扈。宋神宗為了讓徐禧等安心築城，任命種諤為延州知州。
在築城過程中，西夏軍隊屢次前來阻擾，均被擊退。永樂城修築完畢後，宋神宗十分高興，賜永樂城名為銀川寨。
永樂城戰略位置極為重要，所處的地理位置剛好是夏、銀、宥三州界，對西夏而言如同釘入咽喉的楔子，因而西夏無論花多大的代價也要奪回永樂城，這也是種諤認為宋軍在此築城無異送死的原因。梁太後隨後派大將葉悖麻率三十萬軍隊，前來圍攻永樂城。宋將徐禧出動七萬大軍迎戰，卻等西夏軍布好陣後才出擊，導致失去先機，初戰失利。宋軍隨即敗退入城中，從此堅守不出。