咸平四年(辽统和十九年，1001年)，辽帝国将东京统军使耶律奴瓜调任南府宰相，筹备南侵事宜。宋廷也早早得到谍报，由于上一次错用傅潜，引起朝野哗然，甚至连老将李继隆都主动请缨出山再战。但真宗没有同意，而是以枢密使王显为山南东道节度使、同平章事，出任镇、定、高阳关都部署，带领年轻将领们作战。
辽军的首要攻击目标仍然是深悬辽境的威虏军，而王显的总参谋部简单的以此来制定战略方案，集结了十万重兵到威虏军，准备与辽军主力会战。然而宋军情报似乎不太准确，辽军并没有出现，十万大军空耗了一个多月的粮饷后，主力撤回关内，只留下骑兵部队机动。其实这个错误的情报未必不是好事，因为十万机动能力很差的宋军远离国境，粮道极易被切断，如果遇上休哥这样的高手，只怕要重演雍熙北伐的大败。
十月中旬，辽军真的来了，先锋仍然是耶律隆庆。不排除辽军利用了反间计，先骗取宋军主力集结，空等不到后主力退却再趁机出兵。但这一次辽军很不走运，遇到了连续大雨天气，道路非常泥泞，更可怕的是辽军的弓弦多采用皮弦，经雨水浸泡后失去了弹性。不知此时辽军中是否有人想起了雍熙三年的君子馆，刘廷让就是因为突至的冷空气导致弓弦不能张开而全军覆没，现在他们似乎面临同样的困境。但是辽军对弓弩的依赖要远远低于宋军，因为他们还有契丹民族引以为豪的重甲骑兵--铁林军。当隆庆推进至长城口时，遭到宋军前阵钤辖张斌伏击，由于辽军不能使用弓箭，被张斌的精骑顺利突破前阵。张斌也知道自己兵少，所以看准隆庆的帅旗直冲。就在这时，铁林军出现了，数千重甲骑士如铜墙铁壁般伫立在隆庆前方，张斌知道无可能获胜，在取得不错战绩后及时撤离了战场，赶至威虏军和大部队会合。
宋军主力空等一个多月后刚刚撤回关内敌军就来了，又错过了大好战机，真宗接到张斌的捷报虽然高兴却也不由得叹惜。这时再集结步兵主力出关已经来不及，只能急诏沿边各路增援，紧急绘制阵图传示王显。这时留在关外的宋军全部都是骑兵部队，约有二万骑，宋辽两国历史上最大规模的一次骑兵大会战即将展开!
辽军尾随张斌来到威虏军，宋军已经在城下列出罕见的骑兵大阵严阵以待。一般来说历史上只有步兵大阵，很少出现骑兵大阵，因为马毕竟是畜牲，很难训练成科学的阵型，但一旦成型，骑兵方阵理论上比步兵方阵更厉害，而且已经面对就不能跑，一跑就会被追杀。现在辽军只剩下一个办法：以优势重骑兵铁林军突破宋军阵型。铁林军在他们的主官铁林相公(史书未载姓名)的带领下向宋军中军发起了冲锋，宋军主将镇、定、高阳关三路都钤辖魏能率骑兵主力上前迎敌，前阵钤辖田敏、秦翰各率3000骑从侧翼掩护，田敏作为静塞军指挥使取得徐河大捷后升级为都指挥使，现在他所率领的部队很可能仍包含了那一千骑宋军骑兵的骄傲：静塞军。铁林军虽然强大，但是宋军骑兵也绝非易与，铁林军前锋遭到三路钳击后隆庆又派出本方骑兵主力跟上，这时宋军的预备队李继宣也投入了战斗。在宋军几员大将的密切配合下，辽军阵型开始有所松动，而在魏能、田敏、秦翰的钳形攻击下，铁林军非常吃力。铁林相公身先士卒，战士们也无不奋勇冲击，但是刀剑无眼，铁林相公终于被魏能一箭击毙。随着宋军骑兵如绞肉机一般的钢刀挥动，这支承载着辽军无数光荣与梦想的部队--铁林军，被淹没在了万千马蹄之下。
铁林军的建制当然不会被辽军所抛弃，但是，这一次的全军覆没，已经打断了他的脊梁，那支曾经横绝大漠三千里、驰骋草原数十年的伟大铁军就此覆灭。当下一次辽军重建铁林军建制的时候，只不过是一支普通的重甲骑兵团了。
最精锐的铁林军覆没了，辽军士气大挫，败局已定。梁王隆庆还算镇定，带领大队边打边撤，向城西羊山方向撤去。但是，他的噩梦还没有结束，宋军前阵钤辖杨延昭、杨嗣正在羊山设伏恭候他的大驾。辽军撤到羊山时，二杨各率3000骑迎面杀出。面临绝境的辽军见宋军只有6000骑兵，突然爆发了极其强大的战斗力，二杨被逼退至羊山脚下，虽居高临下仍然不能获得优势，只好退出了战场。但是辽军的逃跑已经被迟滞，后队被田敏追上(可能是静塞军)。田敏和秦翰死死咬住辽军，一直等到李继宣的大队赶上。辽军背靠羊山，借助地形拼死抵抗，但李继宣毫无惧色，率部登山逆战。之后辽军不断转换防御阵地，李继宣一刻不让，始终紧咬，战斗异常激烈，李继宣满身受伤，战马三次倒毙，均换马继续作战。最后辽军伤亡大半后终于从牟山谷逃脱。
战后清点战果，宋军共斩首两万余级(估计杀敌六至八万)，阵斩大将15名，其中包括铁林相公一名，有的史料上还说杀死了辽帝国的大王。战后，群臣纷纷上书向真宗道贺，宋军在边境堆筑京观，夸耀武功。
史料上评价此役“汉骑不满万，满万则无敌。”这也是历史上后来那些少数民族军队此类事件的模板。
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