大宋真宗鹹平四年十月十六日，隨著南侵的遼先鋒軍踏上宋威虜軍的土地，戰幕緩緩拉開了。漫天的細雨、泥濘的道路讓指揮這支部隊的大遼皇弟、梁國王耶律隆慶緊鎖了眉頭——遼軍所使用的弓弦是皮質的，被雨水浸泡後便溼緩不堪用了，而無法使用弓箭的遼軍騎兵就如被拔掉牙齒的老虎，雖然還有爪子，但畢竟被大大削弱了。這個時候，他一定想起了十幾年前的那個冬天，當那突如其來的冷空氣拔掉了君子館平原上宋軍的牙齒和爪子——他們的弓弩都無法使用了——的時候，他們的指揮官也一定是緊鎖著眉頭吧！幸好，他還有爪子，那些扈從在身邊的鐵甲重騎——鐵林軍和他們的指揮官，那個被叫做鐵林相公的沙場老將。鐵林相公究竟叫什麼名字我們已經無法知道，也不需要知道了，因為我們知道，這是他人生的最後一天，當這天過去後，他的腦袋便永遠留在了大宋的土地上。上午，當遼軍推進到長城口的時候，預先埋伏好的張斌部向猝不及防的遼軍行軍大隊發起攻擊，毫無防備的遼軍又無法使用弓箭，於是被宋軍順利突破。張斌一擊得手，順勢繼續突進，矛頭直指遼軍中軍的統帥梁國王耶律隆慶，而遼軍在從暫時的慌亂中回過神來後，發現對手兵力並不強，於是開始組織起強有力的反擊。張斌部兵力不足，一往無前的突擊勢頭很快就被遏制住。張斌見己部大有斬獲，再戰下去只可能陷入劣勢，於是見好就收，主動退出戰場，回到威虜軍。當天宋遼兩方的第一次交鋒告一段落。
遼軍整頓隊伍後尾隨張斌部向威虜軍前進，接近十六里半的行程很快就結束了，估計接近中午時分，威虜軍城便已經在望，偵騎來報，宋軍主力在城西列陣，以當由西北方攻來的遼軍的兵鋒。於是遼先鋒軍直撲城西。當時威虜軍城下，宋軍主力包括除二楊所之外前陣和前鋒的所有主力，加上威虜軍守軍，總數當在三萬左右，其中主要部隊都是騎兵。以魏能所部前陣騎兵為主，於城西列成大陣，秦翰和田敏所部分為左右兩翼掩護魏能側面。另以戰鬥力強悍的李繼宣部為預備隊。宋遼戰史上罕見的雙方騎兵集團的大規模正面交鋒開始了。
宋軍背城立陣，側後無憂，並處於守勢，加上宋軍大陣對於正面的先天優勢，遼軍雖然有人數上的優勢，但擅長的迂迴包抄戰術無法使用，只有與宋軍做正面硬捍。在這點上從歷史戰績看，單純的正面接戰，遼軍鮮有勝績，形式對遼軍並不有利。因此，遼軍果斷做出全力一擊，將鐵林軍的重裝騎兵派上戰場，由統軍鐵林相公率領正面衝擊宋軍大陣，但事與願違。宋軍中軍主將魏能也率領精銳部隊對遼軍的攻擊箭頭展開反衝擊，在左右兩翼的配合夾擊下不但粉碎了遼軍的正面衝擊，保證了大陣正面的安全，並在反衝擊過程中一舉射殺遼統軍鐵林相公。遼軍主將被殺，全軍為之氣沮，敗像已現。最終，在威虜軍城西的主戰場上，遼軍戰敗，準備從來路逃走，於是向西北的羊山方向撤退，宋軍兩翼秦翰和田敏的6000騎兵轉入追擊，尚未出動的預備隊李繼宣部也同時移向威虜軍城西北八里的赤虜屯住，並派出聯絡官跟隨秦翰部前進，隨時準備策應追擊部隊。
宋軍先期開赴羊山包抄的二楊所部沒有能參與威虜軍城西的大戰，遼軍的行動太過迅速，一到就打，一打就敗，一敗就逃，二楊所部的包抄任務就這樣變成了迎頭攔截的截擊任務。遼軍雖然主動撤退，但形式並不好，後有宋軍的追兵，前方還有沒有來及趕上威虜軍城西之戰的宋軍迂迴部隊二楊所部6000騎兵的正面堵截。遼軍面臨著被前後夾擊的態勢。
當遼敗軍取道羊山南麓漸次向西北撤退的時候，早就埋伏在這裡的二楊所部迎頭殺出，對遼軍展開正面攔截。後有追兵的遼軍正面再被攔住，走投無路的遼軍一下子迸發出強勁的戰鬥力，二楊雖然倚靠羊山展開阻擊，但仍被數量上佔有優勢的遼軍逐步擊退，被迫退出戰場。一部分沒有來得及後撤的宋軍死守羊山不退，最後全部陣亡。
二楊的正面阻擊雖然宣告失敗，但在使遼軍付出相當的代價同時，遲滯了遼軍的行動，為追擊部隊的趕到爭取了時間。正當遼軍最終攻下羊山上的宋軍陣地時，一路尾追遼軍的秦翰部和田敏部追上了遼軍後衛部隊。李繼宣派往秦翰部的聯絡官也及時將這一情報通報給進屯赤虜並以其為前進基地的李繼宣部。李繼宣得到情報後立即帶領自己的部下直撲羊山。在秦翰部咬住遼軍後一會兒，李繼宣部也追上了遼軍。
隨著二楊的退出、秦翰部和李繼宣部的相繼投入，形勢發生了轉變，宋軍由阻擊狀態變為追擊狀態。剛逐走二楊的遼軍轉眼就被秦翰部和李繼宣部趕上了羊山。而此時，秦翰部悄然退出了戰場。對於秦翰部來說，已經經歷了在威虜軍西與遼軍大戰，再在追擊後獨自與遼軍作戰已經使得其力不能支了，因此在友軍到達後退出戰場也屬於情理之中。連經惡戰的遼軍此時已經無心戀戰，而李繼宣部原本就是宋軍最強悍的部隊之一，這次戰役中又是作為預備隊一直沒有參戰，在一整天的養精蓄銳後正是鬥志昂揚的時候，終於找到了用武之地。之後的戰事成為李繼宣部的獨舞。他們趕著遼軍從羊山南麓轉過山脊，追殺到北麓。戰鬥中，身先士卒的李繼宣多次因為戰馬中箭而更換戰馬。最終在牟山谷，李繼宣部追上遼敗軍主力並殺入，取得了巨大的戰果後，剩餘的遼軍逃向了八里外的遼國邊界。而在李繼宣部帶著滿身征塵和豐碩的戰果回到前進基地赤虜的時候，天，已經開始黑了。
十月十六日一天的戰鬥，宋遼雙方首戰長城口，次戰威虜軍，三戰羊山，最終以宋軍擊退遼軍、斬級二萬、陣斬遼統軍鐵林相公以下將領十五員的輝煌勝利告終，如此豐碩的戰果，在宋軍對遼長達四十年的戰爭歷史上也是少見的。此戰的勝利，要歸功於宋軍中級指揮官群體的合理決策和豐富的作戰經驗。
遼軍敗退，宋軍在打掃戰場結束後，用斬獲的遼軍官兵的首級在宋遼邊界上築京觀，以顯示武功並向遼軍示威。十月十六日宋軍在威虜軍的勝利，扭轉了此前宋軍嚴重不利的局勢。原本遼軍晃開了宋軍的防守，選擇了在宋軍鎮、定主力退回後南侵。宋軍並沒有南撤的前軍面臨著孤軍突出的危險境地，同時鎮、定主力南撤後宋軍並沒有組織起系統的防線，如果這時候被遼軍突入，不但宋軍前軍面臨著被合圍的危險，宋方在河北的整個防線也有被擊垮的危險。而此戰的獲勝，不但直接給了遼軍當頭一棒，也為宋軍調整部署，在河北從新組織防線贏得了時間。並且，前軍在獲勝後足以得到足夠的情報（通過對於遼軍被俘人員的審訊等手段），詳細得知遼軍此次南侵的規模、兵力組成、甚至一部分戰略意圖和計劃。同時，如此的大勝對於整個河北宋軍的軍心也是一次振奮。在兩年前裴村之戰中受到打擊的士氣也會得到鼓舞。與此相反，對於遼軍，此戰的失敗使遼軍在戰役發起時的優勢被嚴重侵蝕，戰役發起的突然性蕩然無存，軍心士氣受挫，還面臨著全盤計劃洩露的危險。
戰後，雙方各自為下一步的行動開始了調兵遣將。在宋方，隨著前線的戰報（可能還有戰後獲得的情報）相繼送達，一系列兵力調動開始進行。宋軍高層在看清所面臨的形勢後，果斷放棄了不切實際的戰前計劃，一方面命令鎮、定主力不再出擊威虜軍，放棄前沿防禦計劃，轉而師法從前的習慣戰法，在縱深的唐河組織防禦，一方面令前陣騎兵後撤，在莫州都部署桑贊下屬的一萬步兵的掩護下後撤至寧邊軍，進行戰後休整。同時，由於寧邊軍位於唐河防線東側。前陣騎兵後撤至寧邊軍，在消除了被遼軍主力合圍的危險的同時起到了保護唐河防線側翼的作用。宋軍在定州方向的防禦體系在這一番調動之後重新建立起來。
為了牽制遼軍在河北防線最西段的定州方向的攻勢。宋軍高層在採納了知雄州何承矩的建議，使用圍魏救趙的戰術，在整個河北防線的最東段的乾寧軍派出部隊，搭乘水軍的淺海巡邏船（刀魚船），自界河入海，跨渤海在遼境的平州（今河北盧龍）登陸，發起進攻，以吸引遼軍主力回救。這是自雍熙北伐以來宋軍第二次動用海軍運送陸軍部隊跨海攻擊遼境。同時，在東線的淤口關、益津關，宋軍均出兵對遼境展開了牽制性進攻。
而遼方在先鋒軍戰敗後，親征的遼聖宗並不甘心此次南征就此以失敗結束，於是親自率領遼軍主力南下。鑑於先鋒軍在威虜軍戰敗，遼軍主力小心的避開了威虜軍，取道易州境內直撲威虜軍西邊的滿城，前鋒直抵滿城之南五十里的方順河，與南面沿唐河佈防的宋軍遙遙相對。十月二十八日，遼聖宗的御營抵達滿城，雙方更大規模的會戰一觸即發。
就在這個時候，天氣再一次幫助了宋軍。連日的陰雨使地面泥濘不堪，嚴重影響了遼軍的機動能力，並且對於弓使用皮弦的遼軍來說，這樣的天氣實在是個噩夢，加上軍心受挫，雖然遼聖宗本人極不情願，但面對著宋軍已經成型的防線，天時、地利、人和遼軍均在下風。繼續打下去佔不到便宜事小，要是再被宋軍咬上一口，就是得不償失了。於是遼聖宗不得不下令撤軍。此次遼軍南侵正式告一段落。
在正式確認遼軍完全撤離後，宋在河北前線的最高指揮官王顯向真宗正式奏捷。遂城-羊山之戰到此完全告一段落。遂城-羊山之戰對於宋遼雙方的影響都是深遠的。對於宋軍，這是第一次事先制定預定的作戰方案，並在實戰中應用的戰例。雖然事實證明這個方案是失敗的，但宋軍高層以此為契機，通過此戰的經驗總結和一年後望都之戰的教訓，加上宋方碩果僅存的名將李繼隆在望都之戰後很可能參與了計劃的制定，終於在澶淵之戰前制訂出了嚴密合理的作戰方案，不再使用不切實際的前沿防禦，也並不是單純使用太宗時期的彈性防禦，而是構建結合了縱深防禦與彈性防禦的防禦體系。在部隊間相互聯繫配合上取得了突破性進展，並且不再完全依靠前線高級指揮官的個人才能。從而在澶淵之戰中取得了軍事上的優勢。同時，此戰中前陣騎兵力戰破敵，也給宋軍高層留下了深刻的印象，從而在之後組建了前沿的獨立騎兵集團，其指揮官擁有獨立於定、鎮、高陽關三路都部署的獨立指揮權，他們擔任了在遼軍入侵時第一時間的阻滯、突襲任務，在遼軍深入後的騷擾後方任務，在遼軍於唐河防線與定、鎮主力接戰後的背後包抄合圍任務，如果遼軍繼續深入時轉而對遼國境內展開反攻抄略的任務以及在遼軍回撤時的截擊、突襲任務，並在澶淵之戰中發揮了重要的作用。但也因為此戰的勝利，使宋軍一些平庸的高級將領開始頭腦發熱，在一年後的望都之戰中輕率出擊，在四無依傍的平原地區與優勢遼軍進行野戰，最終導致望都之戰的失利和王繼忠的被俘。當然，這些具體的就不在本文所討論的範圍之內了。
從遼軍方面，這次失敗的南侵無疑是宋遼交戰以來歷次遼帝親征中最失敗的一次，前所未有的損失，卻一無所獲。遼聖宗無疑不會吞下這口惡氣。但由於宋軍情報失誤導致宋軍作戰計劃的落空，這一點並沒有被遼軍所掌握，遼方對於宋軍指揮體系的變化並未有所察覺。一年後的望都之戰，遼軍又因為宋軍前線高級指揮官的輕率行事獲得勝利，這無疑是導致澶淵之戰爆發和遼軍在澶淵之戰中陷入被動的重要原因之一。
遂城之戰，對於此後宋遼雙方的軍事走向產生了重要的影響。
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