宋开宝元年（968年）平定后蜀之后，北汉国主刚死，人心未定，赵匡胤突然转兵大举进攻北汉。八月，宋太祖命昭义节度使李继勋，侍卫步军都指挥使党进、宣微南院使曹彬、棣州防御使何继筠、怀州防御使康延昭、建武节度使赵赞等各率所部，分别自潞（今山西长治市）、晋（今山西临汾市）二州进攻太原。
九月，北汉内部发生动乱，供奉官侯霸荣杀死北汉新主薛继恩，司空郭无为又杀死候霸荣，迎立太原尹刘继元为国主。刘继元见宋军已入其境，急忙向辽请援，同时命侍卫都虞侯刘继业、冯进珂等领兵扼守团柏谷（今山西祁县东南），以拒宋军。宋军迅速将该部北汉军击破，直逼太原城下。
十月，宋太祖遣使至太原劝降，刘继元拒绝降宋。十一月，辽军兵马总管塔尔率大军救援北汉，逼进太原。李继勋等因久攻太原不下，辽军又至，遂引兵南归。北汉军乘机发动追击，进掠宋晋、绛（今山西绛县）两州。
宋开宝二年（969年）二月，宋太祖命曹彬、党进各领兵先赴太原，亲自率大军继后，亲征北汉。北汉刘继业、冯进珂二将得知宋太祖已至潞州，并派李继勋率前军赶往团柏谷，自知寡不敌众，仓皇奔还太原。
三月，宋太祖至太原，征发当地民工数万人，修筑长墙包围太原，并筑长堤，引汾水灌城，多方进攻，长达三个多月，无法破城，当时天气酷热，宋军很多人患上破腹病，听到辽军出兵救援北汉的消息。宋军仓皇退兵。辽与北汉联军追击宋军，宋军大败而逃，弃下大量军事物资，为北汉所得。
宋开宝八年（975年）十月，南唐已平，宋太祖再兴北伐之师，并准备收复燕云。次年八月，派侍卫马军都指挥使党进、宣徽北院使潘美等分率五路军马云集太原城下，与北汉军和来援的辽军展开激战。不料，这时宋太祖赵匡胤死去，宋太宗赵光义继位，因国丧之故，遂于十二月召回北伐之师，至此，宋太祖遣军进攻北汉的战争，均因辽军援阻，未获成功。
宋太宗于太平兴国三年（978年）迫使陈洪进“纳土”、吴越“归地”以后，决心消灭北汉。鉴于以往进攻北汉均因辽军援救而失败的教训，宋太宗制定了肃清外围，先阻辽援，后取太原的方略。继而，加紧整训军队，命邻近北汉的晋、潞（今山西临汾、长治）、邢、镇、冀（今河北邢台、正定、冀县）等州，修造兵器及攻城器具，转运粮草，积极作攻战准备。
太平兴国四年（979年）正月，宋太宗决定再次进军北汉，并采取攻城阻援的作战指导，其部署是：命宣徽南院使潘美为北路都招讨制置使，率崔彦进、李汉琼、曹翰、刘遇等军攻太原；命云州观察使郭进为太原北石岭关（今山西忻县南）都部署，阻击从北面增援的辽军；命田仁朗、刘绪负责侦察太原城四面壕寨并检查攻城的各种器材；命孟玄莆为兵马都钤辖，驻泊镇州，阻击从东面增援的辽军；
命河北转运使侯陡、陕西北路转运使雷德骧分掌太原东、西路转运事，并命行在转运使刘保勋兼任北面转运使；宋太宗赵光义亲率主力一部出镇州（今河北正定），牵制幽州的辽军大规模西援或南下。
太平兴国四年二月十五日，宋太宗率军由东京（今河南开封）出发，三月进至镇州，分兵攻盂县（今山西盂县东北）、沁州（今山西沁源）、汾州（今山西汾阳）、岚州（今山西岚县）等外围州县，以牵制这些地区北汉军对太原的增援。这时，郭进军已进至石岭关。
北汉主刘继元闻宋大兵压境，急遣使赴辽求援。辽帝命南府宰相耶律沙为都统，冀王敌烈为监军。率兵援救北汉。三月十六日，耶律沙率军日夜兼程进至白马岭（今山西盂县东北），与郭进阻援部队相遇，两军隔大涧对峙。
耶律沙打算等后续部队到齐后再战，敌烈等认为立即进攻有利，于是抢先渡涧进攻宋军。郭进军乘其半渡，突然出击，斩敌烈等五员大将，歼万余人，辽军余众仓皇逃走。北院大王耶律斜轸率军赶到，万箭齐发，宋军始退。北汉再次派人向辽求援，但使者被郭进军捉住，并在太原城下杀掉。北汉潜师出击，又被宋军击败，遂据城固守。
宋军大援获胜，乘势全线进攻。四月中旬，宋军攻下盂县、隆州、岚州等地区后，宋太宗率军至太原，以数十万大军，集兵围城。四月二十三日，巡城抚慰诸将，并致书招降北汉主刘继元，被拒。二十四日夜，宋太宗至城西督诸将攻城，未果。
五月初一，又督渚将急攻城西南隅，陷其护围羊马城。北汉宣徽使范超出降。初三，宋太宗至城西北隅，北汉马步军都指挥使郭万超等先后出降。初四，宋太宗至城南，再次招降，同时挥军猛烈攻城。远在代州（今山西代县）的北汉驸马都尉贞俊向辽帝告急，耶律贤因辽军在白马岭新败，不能再发救兵。
这时，宋太宗下令再次决汾水灌城，使太原城内一片汪洋。刘继元在外无援兵，内无斗志的情况下，于五月初六出城投降。宋太宗命刘保勋主持太原政务，封刘继元为右上将军、彭城郡公。
