乾德二年(公元964年)，范质、王溥、魏仁浦三相一起请辞，遂免其政事;赵普出任门下侍郎、同中书门下平章事。太祖又任命薛居正、吕余庆为参知政事。朝廷的中枢机构就此形成。
自从听取了赵普的意见之后，宋太祖无时无刻不在思考如何攻取后蜀。消息传到成都，后蜀主孟昶十分惶恐。丞相李昊劝孟昶向宋朝贡，避免战争。孟昶的近臣王昭远却认为入蜀道路艰险，宋军无法到达，不必称臣进贡。孟昶决定增加水陆兵马，防守要塞。王昭远建议和北汉联合，夹攻宋。孟昶派赵彦韬将一封用蜡封的信送去太原。赵彦韬却将信送去了汴京。
太祖看了孟昶的信，找到了进攻的借口。这年十一月，太祖任命王全斌为西川行营凤州路都部署，崔彦为副;刘光义为归州路副都部署;王仁赡、曹彬为都监，率领六万人，分路入蜀。
众将领旨兵分两路出发，一路由王全斌和崔彦进率领，从凤州出发;另一路由刘光义和曹彬率领，从归州出发，浩浩荡荡杀向西川。
孟昶听到警报，任命王昭远为都统，赵崇韬为都监，韩保正为招讨使，李进为副率军抵抗宋军。王昭远夸下海口说：“这次出兵不仅要打败宋军，就是进军中原也不在话下。”
王昭远以诸葛亮自比，手拿铁如意，指挥大军起程出发。他刚到罗川，王全斌已攻克了万仞、燕子二寨，又进攻兴州。王昭远派韩保正、李进率五千兵马前去抵挡。韩、李领军到三泉寨，遇到宋军先锋史延德。李进、韩保正双双被史延德擒去，五千蜀兵被全歼。三十万石军粮成了宋军的战利品。
王昭远听到消息，在罗川布阵迎战。史延德等到崔彦进来会合才继续前进。他们远远就看见蜀兵沿江安营，江上还有浮桥。宋军抢占浮桥，争先恐后冲过桥去。王昭远吓得魂飞魄散，退守漫天寨。
崔彦进兵分三路，同时进发，在漫天寨击败王昭远。王昭远向西逃窜。宋军得到许多武器粮草。崔彦进带领部队继续向成都进发。后蜀军节节败退，退守剑门关。
刘光义、曹彬率领另一路宋军，攻克夔州(治今重庆奉节县)，继续西进，沿途万州(治今重庆万县市)、施州(治今湖北恩施)、开州(治今重庆开县)、忠州(治今重庆忠县)纷纷投降。
王全斌听说东路军大捷，立即进攻益州，途中俘获蜀中侦察兵，打听到入蜀道路。王全斌从来苏直奔青强，又分兵给史延德，让他偷袭剑门关。王昭远听到青强告急，让偏将留守剑门关，亲自带领大部队到汉源坡，阻击王全斌;还没看见王全斌的影子，剑门失守的消息已经传到。王昭远吓得魂不附体，行为失常。
王全斌、崔彦进已从青强杀到，大败蜀军，活捉都监赵崇韬和王昭远，蜀军已无力抵抗。
孟昶正与宠妃饮酒取乐，接到大败的消息，酒都吓醒了，急忙招募士兵，任命太子玄喆(zh)为统帅，李廷、张惠安等为副将，赶赴剑门关，支援前军。孟玄喆带着美女行军，仿佛是在游山玩水，刚到绵州就听到了剑门失守的消息，仓皇逃回成都。
孟昶向群臣问计，丞相李昊建议献土投降。孟昶命李昊写降书，派伊审征送给王全斌。王全斌派康延泽带领一百骑兵，跟着审征到成都，宣读太祖的圣旨，查封府库。第二天，孟昶亲自出宫门到郊外升仙桥宋营，以亡国之礼拜见宋军统帅王全斌。王全斌即率大军进入成都，刘光义的兵马也前来会合。此时为乾德三年(公元965年)正月。
自王全斌等于宋发兵至孟昶出降，才六十六日，后蜀即平。后蜀从公元933年受后唐封为蜀王(次年称帝)，至公元965年被北宋灭亡，共历二主，三十三年。
再说宋太祖接到孟昶的降表，便任命吕余庆担任成都知府，命孟昶速率家属，进京授职。孟昶不敢怠慢，很快就到了汴京。太祖在崇元殿接见孟昶，封孟昶为检校太师兼中书令，授爵秦国公，对孟昶家眷都有封赏。后蜀的所有俘虏全部释放。
孟昶带着妻妾进宫谢恩。孟昶的妾花蕊夫人国色天姿，艳丽非凡，并能赋诗填词。此时，太祖继后王氏已去世。太祖见了花蕊夫人这倾国倾城的美人儿，顿时觉得六宫妃嫔都索然无味。
一夜，太祖召孟昶进宫宴饮，直到深夜才告别回家。第二天晚上，孟昶突发疾病，胸口好像有东西堵着，不能吞咽东西，医生换了好几拨，没有丝毫效果。几天后，一命呜呼。太祖罢朝五天，由朝廷出钱厚葬孟昶，追封他为楚王。
孟昶的丧事办完，花蕊夫人等进宫谢恩。太祖将花蕊夫人留宿宫中，第二天，册立花蕊夫人为妃。
宋太祖得了花蕊夫人，就像得到了活宝贝，一退朝，就和花蕊夫人饮酒作乐，或看花蕊夫人绘画、题诗，享受着和平的快乐时光。
宋太祖久闻花蕊夫人擅诗，即令赋诗。花蕊夫人即献《述国亡诗》一首，倾吐心声：“君王城上竖降旗，妾在深宫那得知?十四万人齐解甲，更无一个是男儿。”原来宋师攻蜀仅六万人，蜀军虽守却有十四万之众;后者却迅速缴械投降，令花蕊夫人为之羞愤。此诗一出，太祖却拍手叫好，后世诗评家也多以激赏。
不过，很快就从川中传来急报，文州(治今甘肃文县)刺史全师雄起兵作乱，王全斌屡战屡败，向朝廷求援。
原来是王全斌入蜀后贪酒好色，不理军务，放纵部下掳掠女子，抢劫财物，蜀中百姓无不怨恨。太祖调蜀兵进汴京，王全斌竟然克扣士兵的盘缠。乾德三年(公元965年)三月，蜀兵到达绵州，揭竿而起，自称兴国军，响应者达到十多万。他们胁迫文州刺史全师雄为兴国军元帅。王全斌派朱光绪前去安抚。朱光绪乱施淫威，全师雄家族除全师雄的一个女儿，因姿色可人，被他霸占免于一死外，全遭杀害。全师雄被激怒，率军攻占彭州，自称兴蜀大王。川中百姓，群起响应。崔彦进和弟弟彦晖分路前去征讨，屡战屡败，崔彦晖阵亡。王全斌又派张廷翰去援助，也被打败逃回成都。成都一片混乱。
王全斌怕成都城中的二万七千名后蜀降兵响应乱军，将他们全部诱杀。川中兵民，争相抗拒宋军，西川十六州，同时变乱。王全斌无法可想，一面向朝廷求援;一面派刘光义、曹彬带兵征讨全师雄。
刘光义廉洁，曹彬宽厚。他们入川时秋毫无犯，深得民心。他们从成都出发，在新繁与全师雄遭遇，两军对阵，全师雄军中许多人向刘、曹投降，全师雄无法控制，只好撤退。军队往后一撤，局势就更难控制，宋军如潮水般扑上去，乱兵纷纷放下武器投降，抵抗者非死即伤。全师雄在金堂病死，群龙无首，叛乱被平定。此时已是乾德四年(公元966年)夏秋之际。
平定全师雄叛乱后，宋在西南地区声望更高，西南各少数民族也纷纷归附宋朝。
王全斌回京，被降为崇义节度留后，其他入蜀将领也被降职;只有曹彬因清廉有功，升任宣徽南院使，刘光义也受到嘉奖。
太祖想立花蕊夫人为皇后，赵普谏阻。太祖选左卫上将军宋偓十七岁的女儿进宫。宋太祖的年号乾德，前蜀曾用过，太祖遂诏令将乾德六年(公元968年)改为开宝元年。开宝元年(公元968年)二月，宋太祖立宋氏为后。
宋氏进宫，就冷落了花蕊夫人。花蕊夫人因怨成病，郁郁而终。太祖下令以贵妃礼安葬。
