高梁河之战后不久，不甘心失败的宋太宗赵光义于986年(雍熙三年，因此史称“雍熙北伐”)春天再一次发动北伐。北宋对这次战争经过较长时期的准备，又广泛地调动起能调动的力量，单是承担军需供应和运输的民工，就扩大到从七十个州府内征调，物资调运数目之大可想而知。参战的禁军将士二十万，几乎动员了宋朝所有的精锐部队，军官无疑都是久经战场，并通过慎重的遴选。这些,都显示了宋太宗对收复燕云十六州期于必得的决心 。
此役宋太宗再次御驾亲征，并命老将曹彬为幽州道行营前军骑水陆都部署，为全军主帅 ，统率河阳节度使崔彦进等三十徐将 , 兵分三路进击。
东路军：曹彬亲为主帅 ，崔彦 进为副 帅 ，率军从雄州 (今河北雄县)出发，取道东北经固安( 今河北 固安)再折至琢州 (今河北琢州市)，然后向幽州挺进，又以米信为主帅， 杜彦 圭为副 帅 ，率军从雄州 出发，向西北经新城(今河北新城 )至琢州，与曹彬部 队会合。由于宋军在东路是分两路推进，所以， 这次北伐实际上是四路进兵 。东路军的兵力有十万多, 是进攻幽州的主力，其中 ，米信一军 又是作为曹 彬军的辅助部队，起呼应配合作用 。
中路军：以田重进为定州路都部署，即中路军主帅 ，率部从定州 (今河北定县)出发，从西北方 越过太行山，占领战略要地飞狐 (今河北沫源 县 )，切 断并阻击辽军的西援，配合西路军拿下代北诸州。
西路军：以潘美为云 、应 、朔 等州都部署 , 杨业为副帅 ，出雁门关(今山西代县北 )，攻占代北云 、应 、朔 等州 后，会合 田 重进 部，向东 迂回，最后与东路军一 起合围并攻占幽州。
此战宋太宗吸收前战教训，并未直取幽州，而是兵分三路。幽云十六州分山前七州与山后九州，宋军原定以曹彬的东路军为主力攻取涿州，以牵制耶律休哥所率辽军主力，而西路的潘美与东路的田重进则负责攻略山后，待山后攻略完毕则由山后转掠山前，最后汇合的宋朝三路大军与辽军在幽州城下进行主力决战。曹彬老成持重，则以他为盾，牵制辽军主力，潘美锋锐，则以他为矛，攻城略地。为了牵制住耶律休哥，宋军名将大多集中在东路军。
雍熙北伐一开始，宋军诸路皆捷：曹彬一路攻克固安南城 ，田重进于飞狐北破辽兵，潘美在西陉痛击辽军，克辽朝寰州。不久，曹彬又克涿州 ，潘美克朔州，下应州，破云州。米信方面，宋军又于新城大败辽军。(此一系列小胜其实为草原民族擅长的诱敌深入之计)
辽承天太后萧绰闻讯，决定以骑兵之长和平坦广阔的有利地形，集中主力先破宋东路军，再移师逐个击破。遂部署南京留守耶律休哥率部先趋涿州阻击，继以东京留守耶律抹只率军驰援幽州;自与圣宗率精骑数万进抵驼罗口(今北京南口附近)应援。同时，以北院枢密使耶律斜轸为山西兵马都统，率军进援山后，阻击宋中、西两路军东进。命林牙(官职)勤德守平州(今河北卢龙)海岸，以防宋军由海上袭击侧后。
由于先前吃过数次败仗，宋太宗在诸将出发前，嘱诫他们“持重缓行，毋贪小利以要敌。”然而，担任主攻的曹彬十万大军在涿州待了仅仅十几天，就吃尽了军粮，“乃退师雄州以援供馈。”(只从东路军的角度来说，此举并无过错，在宋军战力未衰之时撤退以避免损失。但是从整个战局看，此举成为了宋军败亡的导火索)宋太宗闻报，大骇：“岂有敌军在前不顾而退军待军粮的道理!”忙遣使制止曹彬，并告诫曹彬不要再向前进军，率军沿白沟河与米信宋军会兵，“按兵蓄锐以张西师之势。”宋太宗本意很好，想等潘美等人尽得山后土地之后，田重进再东下与曹彬、米信会合，全师制敌，与契丹大军决战。
但是，曹彬统下诸将听说潘美、田重进等部连战连捷，深耻己军无功，“谋画蜂起，更相矛盾”。东路军将星云集反而成了宋军败亡的祸根。老将曹彬一时无策，便顺从诸将之意，“乃裹五日粮，再往攻涿州。”当时，辽朝萧太后、韩德让、辽圣宗等人在涿州东五十里的地方扎下御营，听闻宋军来击，便遣耶律休哥轻兵疾行，阻击宋军。宋军边急行军边迎战，路上足足用了四天时间，才得以进达至涿州。“时方炎暑，军士疾乏，所赉粮不继。”无法，宋军得城不能坚守，又弃之而去。
曹彬先遣人率涿州百姓退走，他自己率大军殿后。由于人多兵疲，缺粮少水，宋军战斗力极度下降，连个象样的殿后军阵都组织不起来。耶律休哥率辽朝生力骑兵一路尾随，边杀边追，边追边杀，一直追到歧沟关，辽军发动总进攻，宋军大败。曹彬收拾残兵，连夜抢渡拒马河，于易山南岸扎营，准备休整一下喘口气。幸亏宋将李继宣死战，才使得小股宋军逃脱。而数万宋军，或被杀，或被溺，或被俘，损失巨大，“为辽师冲击死者数万人，沙河为之不流，弃戈甲若丘陵”。
宋太宗闻军败，愤恨不已，深责众将，认为这些人“不遵成算，各骋所见，领十万甲士出塞逼斗”，最终“往复劳弊，为敌所乘”。所以，曹彬、米信等人回朝后，皆被贬官。
由于东路主力大败，宋太宗合围幽州的战略意图再难实现。辽朝方面开始反扑，耶律斜轸统十万大军赶至安定西，与宋朝雄州知州贺令图相遇，双方大战，宋军又败，被杀一万多人。辽军乘胜攻陷蔚州、寰州等地。深知西路军已经无望，宋太宗下诏指示潘美，让他与杨业一起引兵护送云、朔、寰、应四州百姓内迁。
当时辽军已占据寰州，副帅杨业见斜轸军已据寰州，兵势大振，欲避其锋，向潘美等建议道：“今辽兵益盛，不可与战。朝廷止令取数州之民，但领兵出大石路，先遣人密告云、朔州守将，俟大军离代州日，令云州之众先出。我师次应州，契丹必来拒，即令朔州民出城，直入石碣谷。遣强弩千人列于谷口，以骑士援于中路，则三州之众，保万全矣。”而监军王侁却建议：“领数万精兵而畏懦如此。但趋雁门北川中，鼓行而往。”护军刘文裕也赞成王侁的主张。杨业觉得这样必败，王侁便挖苦道：“君侯素号无敌，今见敌逗挠不战，得非有他志乎?”杨业无奈，妥协道：“业非避死，盖时有未利，徒令杀伤士卒而功不立。今君责业以不死，当为诸公先。”将要进发之前，杨业哭对潘美说：“此行必不利。业，太原降将，分当死。上不杀，宠以连帅，授之兵柄。非纵敌不击，盖伺其便，将立尺寸功以报国恩。今诸君责业以避敌，业当先死于敌。”又指陈家谷口说：“诸君于此张步兵强弩，为左右翼以援，俟业转战至此，即以步兵夹击救之，不然，无遗类矣。”潘美便与王侁等在谷口列阵。
斜轸初闻杨业兵将至，命萧挞凛伏兵于路。第二日晨，杨业兵果到，斜轸佯退，之后伏兵出，杨业败走，退至狼牙村。王侁等人从凌晨等到将近晌午时分，派人登台眺望，以为契丹军已经败走，想要争功，遂领兵离开谷口，潘美不能制止，率军沿交河(今桑乾河上游)西南行进二十里，得知杨业兵败，竟不往救援，而全军退走。而杨业自晌午力战到傍晚，且战且退，终于退到陈家谷口，却未见半个宋兵的影子，乃顿足捶胸，拊膺大恸，再率部下力战，身上受伤十余处，士卒战死殆尽，杨业仍然手刃数十乃至上百敌兵，因其马重伤不能行，藏匿于深林之中，被契丹将耶律奚底一箭射中，落马成擒，其子杨延玉、部将王贵尽皆战死。杨业被擒后，绝食三日而死。中路军田重进不辱使命，全军而返，并带回部分收复地区百姓。至此，宋三路大军皆败，所取州县皆复失。
歧沟关之战(雍熙北伐)宋朝自高梁河之战后为收复幽云失地所做的又一次努力，也是宋朝第二次主动进攻，此次进攻由于投入兵力之多，作战范围之广，都是宋初战争史上少有的，可以看作是宋辽双方的一次总决战，也是中国军事历史上少有的外线进攻、分进合击与内线防御、各个击破的经典之战。无论是失败一方的大宋，还是胜利一方的大辽，都有值得深刻总结的经验教训。
其一，外线进攻、分进合击讲求持重用兵，计划周密，配合得当。但宋军四路大军于作战中基本毫无配合，不相照应，从而给辽军创造了各个击破的时机，此为宋军失败的战略指导上的根本性原因。这再次反映了宋军主帅宋太宗军事指挥素养上的不足。
其二，宋军战术上的失误也非常明显，尤其是曹彬一路，十万大军出师，不但没有在后勤补给上做万全准备，使后勤补给线被契丹轻易切断;而且在粮尽时居然全军而退，再被宋太宗一诏挡回，退而复进，听说萧太后大军已到，又掉头而退，终为休哥所乘。兵家有云：“用兵之害，犹豫最大;三军之灾，莫过狐疑。”用在曹彬身上最为合适。
其三，契丹方面的胜利可圈可点之处很多，主要体现在以下三个方面：首先，契丹方面的防御及反攻战略比较合理，先是做战略收缩，诱敌深入，以燕京为防御轴心，对山后诸州的失陷暂时不理，以局部牺牲换取重要战略方向的决胜;其次，在对宋军曹彬主力采取的不是硬碰硬的对磕，而是坚守要地、寻机袭扰的迟滞战术，在宋军势不可挡时能够遏止其进程，又将之逼退，这是契丹取胜的关键;再次，持重待援，各个击破，在曹彬败退后没有贸然出击，而是等待援军到来后再行决战。得胜后再全力驰援其他战场，可谓主次分明、措置得当。
而在这场战争中，由于西路战场“内官监军”王侁的胡乱指挥，不但使宋军失去了一员忠烈勇将杨业，而且在后人的演义下使另一位名将潘美被丑化了上千年。
潘美本为宋初名将，曾在北宋伐南汉之战中，虚实并用，声东击西，多次以少胜多，战胜攻取多见其功。伐南唐之战，师次秦淮河，舟楫未具，挥众涉水，大破南唐兵;但是陈家谷之战前竟被王侁怂恿，置杨业于死地，又无法制止王侁擅自行动，撤离谷口，杨业兵败又不救援，这种表现固然有潘美的重大责任，但当时潘美已然是66岁的老将，常年的征战已然使他失去了锐气，加之官至晚年，不愿意得罪太宗的“红人”(宋制，监军一般为皇帝比较信任的宦官)，所以听从了王侁的安排，也因此成就了千古骂名。后世流传甚广的《杨家将》、《杨门女将》等小说、戏曲和民间故事中，以潘美为原型的潘仁美成了典型的大反派，背上了本来不属于他的历史黑锅。
事实上，此次战役后潘美被削三级，导致杨业之死的罪魁祸首王侁被除名流金州，刘文裕除名流登州。而潘美虽然于第二年官复原职，但他仍旧悒悒不乐，数月而卒。真实的潘美，在此后的岁月里与杨家儿女没有任何关系。然而，陈家谷之战，虽然王侁先离开而致使缺守，但是潘美身为主将，不能约束监军的错误行为，对于杨业之死，他亦难辞其咎，因其身为主帅而不洞然战场形势且没有力护勇将之故。
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