对于宋太宗来说，他成功打掉了契丹帝国的援军，切断了北汉最可以期待的援助，也是唯一的指望，周世宗和宋太祖没能完成的功业即将在他的手中完成了！宋太宗以宣徽南院使潘美为北路都招讨制置使，河阳三城节度使崔彦进、彰德军节度使李汉琼、彰信军节度使刘遇、桂州观察使曹翰，分别领军围攻四门。侍卫马军都虞候米信、步军都虞候田重进为行营指挥使，西上合门使郭守文、顺州团练使梁迥为监军，在外围辅战。面对强敌，北汉军骑帅郭万超当即请降。然而在战火中千锤百炼过的北汉也绝非软蛋，尽管面临绝境，依然奋死抵抗，尤其是名将杨业据城死守，“杀伤宋师无算”。主攻北门的刘遇将军是位五代遗留下来的传奇猛将，史载曾脚底生疮，医生觉得疮深入肉，很难根治，说是治好了疮治不好肉，治不好肉疮就要复发，正唧唧歪歪间刘遇大喊一声：“哎呀！哪来那么麻烦！”取出利刃，直接将脓疮连同烂肉一并剜去，说：“这不就行了吗？”把医生吓得半死，自己却谈笑风生，泰然自若，这很可能就是《三国演义》中关公刮骨疗毒桥段的原型。但就连这样一位猛人竟然也觉得北门太难攻，坚决要和曹翰交换主攻方向，最后被太宗说服，也足可见北汉军的困守之顽强。
北汉的困兽之斗也激发了宋军的血性，太宗身披甲胄，亲冒矢石指挥作战，诸军跪求太宗以龙体为重，个个奋勇争先。太宗暂退一线，但是遣出近卫军为前锋登城，内殿直都知王汉忠奋勇登先，被流矢射中眼睛，却更加勇猛。天武军校荆嗣，身先士卒，史载“手刃数人，足贯双箭，手中炮，折碎二齿”。若说荆嗣还只是个军校，那么李汉琼就是节度使了，史载“汉琼先登，矢集其脑，并中指，伤甚，犹力疾战。”矢集其脑！头上插满了箭还在勇猛血战！这一方面刻画了宋军的勇猛绝伦，另一方面可以看出北汉防守确实很坚决，战斗异常激烈。这时，宋太宗终于祭出了自己发明的杀招：剑舞。宋太宗在军事理论上有不少发明，很大程度上影响了后代军事建设理论的发展方向，堪称大家，但是“剑舞”这个小发明就显得他幼稚得有点可爱的一面了。他从诸军中精选出数百精壮成年男子，精练剑法。精到什么程度呢？其武艺可以在战斗中凌空腾起，将宝剑左右互抛数次，再挽出无数剑花后优雅落地，简直是仙剑奇侠和刀锋战士的完美结合。对方身上还没挨剑，眼睛已经被剑舞眩晕。而这样数百人整装列阵，齐舞青锋，剑气弥漫，自然将对方吓得半死。
此时此刻，北汉军失去辽援，已经是困兽之斗，强弩之末，只需最后一根稻草即可压垮，再突然撞上“无敌”的“剑舞”阵，心理防线陡然崩溃，纷纷请降。最后，北汉国中资格最老的老臣，已经退休的平章左仆射马峰拖着病体夜谒北汉国主刘继元，力劝其顺应天命。第二天刘继元身穿白衣纱帽，出城请降。宋太宗当场封刘继元为检校太师、右卫上将军、彭城郡公。杨业作为北汉最优秀的将领，面对宋军的强大攻势，只有他表现不俗，杀伤不少宋军。杨业也是最忠诚的将领，宋军压境时文武大臣都不断劝刘继元投降，只有杨业一人拼死抵抗。
刘继元纳表之时，群臣皆对宋太宗奴颜婢膝、竭力讨好，唯独杨业当面痛哭。其优秀将才和不屈的忠贞被太宗看在眼里，录为大将。当时杨业被北汉国主赐姓刘，名业，太宗诏令其复原名杨业，作为潘美的副将，指挥山后军继续驻防太原。宋太宗也深刻认识到太原是一座易守难攻的坚城，再加上多有人进言道大唐王朝发迹于此，五代中的好几位开国皇帝都是从太原起家，是占据了华夏龙脉的王者之都。于是太宗迁走城内居民，焚毁太原城，改名平晋县，另将并州州府迁往榆次县，以消灭太原的“王气”。至此，中唐以来四分五裂的中原再一次重新统一在同一个帝国的旗下，而传统的汉民族聚居区也只剩下幽云十六州中的十三州尚在契丹帝国的控制内了。