而斜轸抓住机会突然袭击宋军后方，宋军败退；与斜轸军对峙于清沙河（北京城北二十里）北。
辽南京城内守军得此声援，固守之志更加坚定。
六月二十五日，宋军看出耶律斜轸兵力不足只是据险而守；仅能声援幽州之敌，便只留一部兵力与之对峙，而用大军围攻幽州城。
定国节度使宋偓与尚食使侯昭愿，领兵万余攻城东南面；河阳节度使崔彦进与内供奉官江守钧，率兵万余攻西北面；彰信节度使刘遇率军攻东北面；定武节度使孟玄喆攻西南面，并以潘美知幽州行府事。
耶律斜轸部将渤海帅达兰罕率部降宋，赵光义以其为渤海都指挥使。
自此，城外宋军对守城辽军多方招降，使城中人怀二心，后又有其铁林都指挥使李扎卢存等率所部出降。
原在城外的辽御盏郎君耶律学古入城增守，与韩德让等共谋守御，安定反侧，守军才安下心来守城。
六月二十六日，赵光义由城南宝光寺至城北，亲督众将进兵，攻击清沙河辽军。
大战一日，杀敌甚众，获马三百余匹，辽军稍却，仍然凭借险要坚守。
三十日赵光义又督军攻城，宋军三百人乘夜登城，被耶律学古力战所擒；后又发现并堵塞了宋军挖的隧道，修守备待援兵。
而当时，辽南京被围，远近震动，辽顺州守将刘廷素、蓟州守将刘守恩相继率部降宋。
辽景宗耶律贤于六月三十日闻知南京被围，耶律奚底、萧讨古、耶律斜轸等军虽未大败，却不能进援，只能声援，于是急遣南府宰相耶律沙率兵往救，其特里兖（官名）耶律休哥自荐请缨，辽主便以休哥代替奚底，统帅五院军之精锐驰赴前线。
宋军围攻幽州坚城不下，将士多怠，士气低落。
七月初六，耶律沙大军至幽州，赵光义督诸路军攻击，两军战于高梁河，耶律沙力战不支而败退。
然而当时的宋军连续近二十日不停地猛攻幽州城，士卒早已疲殆，故而虽然战胜，从中午到傍晚只追了十余里。
令赵光义始料未及的是，耶律休哥率军出其不意间道而来；人人手持火炬直冲。
宋军不知其多寡，未等接战心里已经发怵，故不敢接战，欲据高梁河为抵御之计。
耶律休哥先收容耶律沙败军，使之回去再战，与宋军相持，然后与耶律斜轸各自统帅精锐骑兵，从耶律沙的左右翼挺进，乘夜夹攻宋军，实行两翼包围钳击之势。
战斗异常激烈，耶律休哥身先士卒，身被三创犹力战。
城中耶律学古闻援军已至，也开门列阵，四面鸣鼓，城中居民大呼，响声震天动地……
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