燕王到达幽州城外的宝华寺时，宋军已接连攻打幽州城十四日之久，赵光义心浮气躁，招燕王与众将军、谋士进言。谋士魏续进言：“据细作回报，辽已派援兵增援，不日就到，一旦援兵到，幽州更难攻破，我军不能懈怠，必须一鼓作气拿下幽州。而后以此为据点继续推进，横扫燕云十六州。”
在场众谋士、将领亦有人附和，但也有统兵将领早已不满赵光义一路不及时论功行赏，还要以疲之军连续作战，有人出言反驳，立刻被赵光义斥责。
宋朝的禁军，经过周世宗、宋太祖两代精挑细选、千锤百炼，无疑是强劲如虎的精锐部队，又经过势如破竹的统一战争，建立起了高昂的自信。赵光义此行先拿下了北汉，对辽一战本就心有轻敌之意，自然没想到一个幽州这么难打，多日攻之不破，原本就憋着一口气，此时哪还理会什么论功行赏，兵将疲惫，与心腹谋士商议之后，立即下令继续猛攻幽州城。
又过了三日，宋军损兵折将，士气大跌，而幽州城内辽将耶律古、韩德让依然苦守，幽州城外，耶律斜轸坚守声援。
七月初六，辽先锋将军耶律沙大军兵至幽州，赵光义督诸路军攻击，两军战于高梁河。
耶律沙力战不支而败退。然而当时的宋军连续近二十日不停地猛攻幽州城，士卒早已疲殆，故而虽然战胜，从中午到傍晚也只追了十余里。
令赵光义始料未及的是，就在这时，耶律休哥率军出其不意间道而来，人人手持火炬直冲，宋军不知其多寡，未等接战心里已经发怵，故不敢接战，欲据高梁河为抵御之计。
耶律休哥先收容耶律沙败军，使之回去再战，与宋军相持。
战斗激烈非常，耶律休哥身先士卒，身被三创犹力战。
耶律斜轸闻援军到，亦挥兵助耶律休哥大战宋军。
而后耶律休哥与耶律斜轸两兵汇合，各自统帅精锐骑兵，从耶律沙的左右翼挺进，乘夜夹攻宋军，实行两翼包围钳击之势。
城中耶律学古闻援军已至，也开门列阵，四面鸣鼓，城中居民大呼，响声震天动地。
这时宋军才发觉已被包围，又无法抵抗辽军的猛攻，只能纷纷后退。
随后，耶律学古固守幽州，耶律沙重整旗鼓自后面追击，耶律休哥带伤继续率部猛攻，与耶律斜轸两军分别自两侧对宋军实行超越追击。
宋军大败，死者万余人，连夜南退，争道奔走，溃不成军。
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