【决战开始】
宋军开决汾水，将汾水引入新修的围城堤坝中，很快，城外变成一片汪洋。赵匡胤驾临太原城东南，下令把强弩架设在小舟上，然后靠近城墙射击。这应该是冷兵器时代的驱逐舰了。
然而赵匡胤应该不会知道一条水战基本原则，那就是水面舰艇应该竭尽所能地避免与岸上的要塞交火。一直到近代，如果攻守双方在装备上不存在代差的话，舰队在要塞面前处于绝对的劣势：
首先，受船体结构和吃水线等客观条件的限制，舰载巨弩或火炮的口径存在天花板，而陆地上的碉堡要塞却无此限制，也就是说在纯伤害输出的数据上，舰船明显吃亏；
其次，同样基于上述原因，要塞拥有着上不封顶的防御体系，相比之下，舰船的护甲简直薄如纸壳；
第三，地面上的要塞可以随时补充人员、弹药等资源，维修起来也更加方便，几乎是无限续航，相比之下，舰船则是一次性玩具。
果然，在守军的顽强抵抗之下，宋军损失极为惨重。内外马步军都军头王廷义被箭矢爆头，当场牺牲；殿前都指挥使石汉卿中箭落水牺牲。
闰5月，南城被水冲开一道缺口，洪水从外城奔腾涌入内城，城中惊扰。守军抢险救灾，打算修筑防水墙。宋军弓弩手予以火力压制，防水墙工程迟迟不能完工。忽然间，有大量干草和木头从城里漂来，完全免疫宋军的远程输出，于是北汉将士利用这些柴薪淤塞住缺口，将洪水重新挡在城外。
紧接着，北汉守军从西门涌出，意在破坏宋军的攻城器械，双方随即爆发激烈交火，北汉军损失惨重，超过一万人被杀，只得退回城内休整。
当天晚上，忽然有人向宋军营寨喊话，“我主投降啦！”
太原被围困数月，又新遭水淹，几番突围均遭失败，损失惨重，在这种情况下，北汉刘继元的投降似乎在情理之中。赵匡胤对此深信不疑，立即下令仪仗队列队，开门迎降。
“慢！”
赵匡胤的亲信八作使赵璲急忙拦截，说道：“受降如受敌，须以临战姿态处之。何况，哪儿有半夜三更忽然投降的？”
平两湖时，赵璲就奉命前往潭州与张文表接触。此人沉稳老练，遇事冷静，是不可多得的智囊。赵璲的一句话立刻点醒了赵匡胤，于是紧闭寨门，全员进入战斗状态，派侦查员前往侦查，侦查员很快传回情报：太原诈降！
赵匡胤抹一把额头的冷汗，恐惧之后往往会产生愤怒的情绪，赵匡胤下令加大攻势，用轻舟载柴薪，集中焚烧太原南门。
太原守军的顽强抵抗，宋军禁军将领李怀忠被流箭击中，身负重伤，几乎就要牺牲，被抬下来后，赵匡胤赶来关切。李怀忠挣扎着，向赵匡胤说道：“敌势已困，现在才是关键时刻，我们只要挑选一批敢死队，那就直接一波了。”
话音刚落，一旁的殿前都虞侯赵廷翰立即跪倒，殿前司的其余将领也纷纷跪地表忠心，争先恐后地报名敢死队，哭着喊着要肝脑涂地以报君恩。
赵匡胤老泪纵横，对他们说道：“你们都是我一手带出来的心腹爱将，无不以一当百，然而我之所以把你们带在身边，是因咱们情同手足。我宁可不要太原，也不愿让你们白白送死！”
诸将被深深感动，稀里哗啦的哭成一片。
仅在本书中，类似的攻城战就出现过不止一次，都是在这种最激烈最胶着的时刻，攻城方动用一批敢死队，一鼓作气登上城墙并最终攻克城池。赵匡胤是一位身经百战的老将，早年也曾亲自指挥过类似场面，不可能不知功亏一篑的道理，然而他还是选择了放弃，这是为何？
有观点认为这里其实是一处伏笔，那就是赵匡胤确实舍不得赵廷翰这帮人，但原因绝不是什么手足战友情，而是要防备“那一个人”——赵光义。如今的赵光义很有当年赵匡胤的影子，羽翼渐丰，如果赵匡胤把自己的嫡系力量全部消耗在太原城下，就没有足够的力量来制衡留守汴州的赵光义，“陈桥兵变”的大戏就可能重现。
除此之外，外部环境也不容乐观。
先说太原守军。
北汉顽强的抵抗意志超出了赵匡胤的预期。谁都知道汉宋之间实力的差距，刘承钧就曾亲口承认北汉的实力不如大宋的十分之一，大宋对北汉完全是碾压性优势，战争之初，大宋也的确势如破竹，长驱直入，开局就打成了水晶保卫战。赵匡胤事先又安排好了阻击辽国援兵的计划，并且取得了一定成效，辽国暂时无法支援。赵匡胤在潞州驻跸的时候，抓住一个北汉奸细，审问中，奸细也说太原百姓日夜盼望王师，渴望被解放。
这一切都让赵匡胤在一定程度上产生了骄兵的心理，认为王师所至，义旗所指，百姓箪食壶浆，欢庆解放……太原的负隅顽抗给赵匡胤造成了不小的精神打击。
太原守军为何如此顽强？一来是刘继元坚持抵抗的态度从未动摇，使得文武百官同仇敌抗，众志成城；二来是辽国册礼使韩知范的鼎力协防，韩知范颇知兵事，入城之后就不分昼夜地协助指挥，一个外国人，不远万里地来到太原，毫不利己专门利人，这是什么精神？这是伟大的国际主义精神！刘继元感动地要写一篇《纪念韩知范》。
其次是辽国援军的出现。
赵匡胤的部署是无可挑剔的，意识到了北伐的最大阻力是辽国，并且提出了针对性解决方案，派精兵悍将提前设防。
辽国此前的援兵也确实被有效击退。然而需要注意的是，辽国此次南下救援不力的原因也是多方面的，比如之前提到的主观上有意坐地起价，哄抬政治筹码，再比如客观上的力不从心，穆宗被杀、景宗即位，辽国内部需要重新稳定……所以在南下救援北汉方面，辽国并未使出全力。
如今，辽景宗迅速稳定了局面，克服了客观因素，主观上则是刘继元诛杀“投降派”郭无为，算是给辽国纳了投名状，表明了坚持抵抗、决不向大宋妥协的态度，换来了辽国的信任。太原的形势也危在旦夕，容不得辽国继续观望。
于是，辽国终于拿出了压箱底儿的王牌力量——耶律屋质。
耶律屋质在“祖孙争权”中横空出世，促成了“横渡之约”，使得辽国避免了一次自取灭亡的内战，并拥护了辽世宗耶律阮；世宗时期看穿耶律察割的脑后反骨，苦谏无果；“火神淀之乱”中世宗遇弑，耶律屋质临危不乱，果断拥立辽穆宗耶律璟。辽穆宗时期，耶律屋质荣升北院大王。
在中原的史书中，也常将耶律屋质写作“乌珍”。
耶律屋质率大军南下，与宋军的阻击部队遭遇。这时候，耶律屋质处事不惊、善于谋略的一面得以体现，他一方面留下老弱病残孕充人数，与宋军僵持，另一方面却挑选精锐骑兵，趁夜抄小路疾驰太原，到了太原城的西面，这支精锐骑兵击鼓呐喊，举火为号。
太原守军立刻沸腾了，“辽国援兵来啦！”于是也举火回应。久困的太原重燃希望，战斗意志瞬间拉满，所有人满血满bUFF原地复活。反观宋军，却有些蔫头耷脑，士气逐渐低靡。
最后，是战场上的常客——自然因素。
时间已经进入炎炎夏日，又赶上暑雨，宋军驻扎在草地之中，很多士卒罹患腹疾，军中开始蔓延瘟疫。
三大主要因素叠加，导致赵匡胤不得不认真考虑退兵问题。
太常博士李光赞上疏劝赵匡胤退兵，说陛下英明神武战无不胜，原先窃国称帝的割据势力如今纷纷纳土归降，华夏逐渐归为一统。杀鸡蔫用宰牛刀，小小太原岂劳您大驾？何况战争的消耗已经转嫁到人民头上，死磕太原得不偿失。我们在太原消耗了大量实力，其他那些各怀鬼胎的割据势力正在窃喜，所谓“邻之厚，君之薄也”。不如班师回朝，留下精锐屯驻潞州，等庄稼成熟的时候，专门抢夺北汉的粮食，这样既能削弱北汉，又能壮大我们，岂不美哉？
赵匡胤大喜，拿着奏章找智囊赵普商量，赵普非常赞同李光赞的建议。
于是，赵匡胤开始讨论退兵事宜。
在李光赞的思想指导下，薛化光给出了具体的实施措施，说砍树先去枝叶，然后刨根。北汉之所以能够负隅顽抗，外有契丹援助，内有田租地税。所以我们应该在北汉与辽国边界的险要地势修筑要塞据点，切断两国联系；将北汉的百姓尽可能多地迁往大宋境内，给他们闲田用以耕种。如此一来，北汉就坚持不了几年了。
赵匡胤深以为然，重赏了薛化光，随后便开始有序撤退。将太原的一万多户百姓迁到大宋境内，派禁军一路护送，按人口分发粮食。
撤退如同进攻。在大军撤退时，赵匡胤派禁军骑兵发动了一次冲锋，将被敌人俘虏的数百名宋军营救回来。北汉守军不知宋军意图，未敢轻易追赶。
宋军就在敌人游移不定的时候，完成了撤退。为了抢时间，三十万斛粮食和数万茶、绢来不及带走，被北汉缴获，勉强弥补了一下战争损失。
赵匡胤的“二征北汉”结束。