兵遣将、排布战局：以宣徽南院使潘美为北路都招讨使，统领主力大军先行北上，分兵围攻汾州、沁州、岚州等太原外围州县，斩断北汉羽翼、扫清外围屏障，随后四路大军合围太原孤城。同时命崔彦进、李汉琼、曹翰、刘遇四员猛将，分别猛攻太原东、南、西、北四面城墙，四面合围、昼夜猛攻，不留丝毫喘息之机。
太平兴国四年二月，赵炅身着戎装、御驾亲征，率十万精锐禁军北上，大宋北伐兵力总计超十万之众，声势浩大、兵锋鼎盛。
三月，战局率先于外围取得突破。宋军大将郭进率军扼守石岭关天险，大败前来驰援北汉的数万辽军精锐，一举截断辽军南下通道，彻底断绝了北汉最后的外部援军，太原孤城就此陷入彻底孤立无援的绝境。随后宋军又截获北汉送往辽朝的蜡书密使，搜出北汉国主苦苦求援的密信，将使者押至太原城下当众示众。城中军民得知外援断绝、举国孤立无援，军心士气瞬间崩盘，守城意志彻底瓦解。
自春入夏，宋军围城数月、昼夜不息猛攻，矢石如雨、战鼓不绝，太原城城墙屡遭重创，城内粮草匮乏、士卒疲惫、百姓惶恐，早已濒临崩溃绝境，再也无力支撑长久固守。
四月，为鼓舞全军士气、速战速决，赵炅亲赴太原城下临阵督战。史载其“躬擐甲胄，蒙犯矢石，指挥戎旅”，帝王亲自披挂战甲、置身箭雨石火之间，靠前调度三军、指挥攻城。左右侍从、近身臣僚唯恐帝王遇险，纷纷叩首劝谏其退居后方、安守御帐。赵炅慨然回应：“将士争效命于锋镝之下，朕岂忍坐观！”
帝王与士卒同甘共苦、共赴矢石的赤诚，极大振奋了全军军心。宋军将士人人感奋、士气暴涨，人人争先、舍死攻城，攻城之势锐不可当。
五月初一，太原城外防御屏障羊马城率先被宋军攻破，城防体系彻底破损。五月初三，北汉核心将领、马步军都指挥使郭万超见大势已去，不愿负隅顽抗、徒增伤亡，率部出城投降，北汉军力彻底溃散。
五月初五，赵炅亲临太原城南督战，严命诸将全力急攻。宋军将士怒势冲天、蜂拥登城、前仆后继，攻城之势已然无法遏制。赵炅深知太原城固守已久，军民积怨颇深，唯恐破城之后，愤怒的宋军大肆屠戮、血洗城池、伤及无辜百姓。为保全城中生灵、安稳河东民心，他当即下令鸣金收兵、暂缓攻城，亲自草拟劝降诏书，遣使入城晓谕刘继元，许其归降保命、保全宗族富贵，勒令其速速出降。
当夜，走投无路的北汉国主刘继元，即刻派遣客省使李勋奉降表
…。。