都部署，扼守石岭关；命孟玄喆为镇州驻泊兵马都钤辖，守镇州，分别待击从北、东两面救援北汉之辽军。命河北转运使侯陟、陕西北路转运使雷德骧分掌太原东、西路转运事。同时遣将分兵进攻隆、盂、汾、沁、岚等州，割裂北汉军，以孤立太原。
初时太宗拟命齐王赵廷美执掌东京留务，廷美倒也惬意，惟开封府通判吕端，入白廷美道：“主上栉风沐雨，往申吊伐，王地处亲贤，当表率扈从，若职掌留务，恐非所宜，应请裁夺为是。”廷美乃请扈驾同行，太宗改命沈伦为东京留守，王仁赡为大内都部署，自率廷美等北征。
十五日，太宗从东京汴梁出发，主力经镇州、承天寨分兵西进，直趋太原。北汉主刘继元闻讯，急遣使赴辽求援。辽景宗耶律贤即命南府宰相耶律沙为都统，冀王耶律敌烈为监军，偕南院大王耶律斜轸率兵驰援。又命左千牛卫大将军韩悖、大同军节度使耶律善补以本路兵南下增援。
十六日，辽东路援军日夜兼程至石岭关，阻于大涧，时大宋郭进部已布阵待战。耶律敌烈不待后军至，即领前锋军渡涧水，末及过半，郭进率骑兵突然杀至，斩杀耶律敌烈等五将，歼敌万余人。及耶律斜轸率后军至，**齐放，救耶律沙脱身，领余众仓皇退走。未几，辽北路援军亦被宋军击退。
宋军打援获胜，继乘势攻取外围。至二月，相继攻克盂县、隆州、岚州等地，又破北汉鹰扬军及岢岚军，使太原陷于孤立。北汉主惊惧，复遣使赴辽请援，结果被宋军俘杀，潜师出击，亦被宋军击败，遂固守孤城，不敢出战。二十二日，宋太宗亲至太原，集兵四面围城。二十四日凌晨，太宗亲临城西督战，数十万将士以**轮番向城内发射矢石。三月初一，攻破城西南护围羊马城，北汉宣徽使范超、马步军都指挥使郭万超等先后出降。刘继元在外无援军，内无兵力抵抗的困境中，终于在三月初六投降。
攻城之时，北汉建雄军节度使刘继业甚是英勇，将宋军攻破太原的日子硬是拖延了数日，太宗在将赐封北汉降主刘继元为检校太师右卫上将军，授爵彭城郡公之后，立刻召见继业，授右领军卫大
