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且說遼軍南下，卻遭到宋將張斌的攔截，遼軍擊敗張斌之後，便尾隨張斌而來，而前方正是威虜軍，接近十六裏半的行程很快就結束了，估計接近中午時分，威虜軍城便已經在望，偵騎來報，宋軍主力在城西列陣，以當由西北方攻來的遼軍的兵鋒。於是遼先鋒軍直撲城西。
而威虜軍就在城下等著遼軍，宋軍主力包括除二楊所部之外前陣和前鋒的所有主力，加上威虜軍守軍，總數當在三萬左右，其中主要部隊都是騎兵。他們的部署是：魏能所部前陣騎兵為主，於城西列成大陣，而秦翰和田敏所部分為左右兩翼。他們會在適當的時候出擊，給遼軍以痛擊！另外戰鬥力強悍的李繼宣部為預備隊。宋遼戰史上罕見的雙方騎兵集團的大規模正麵交鋒開始了。
宋軍有以騎兵為主的威虜軍，他們背城立陣，側後無憂，並且並處於守勢，加上宋軍大陣對於正麵的先天優勢，遼軍雖然有人數上的優勢，但是遼軍是以騎兵為主的機動部隊，他們的拿手好戲就是迂回包抄，但是今天他們卻不能使用，他們今天隻能與宋軍作麵對麵的正麵交鋒。形式對遼軍來說那是絕對不利，因為曆次的宋遼大戰，遼軍如果碰見是這種情況，他都是失敗！今天他們的命運又會如何哪？
遼聖宗沒有辦法，他隻好做出全力一擊，將鐵林軍的重裝騎兵派上戰場，由統軍鐵林相公蕭銑全體鐵林軍從正麵衝擊宋軍大陣！
宋軍主將魏能看蕭銑率領著鐵林軍像瘋狗一樣撲來，好！這正中他的下懷！
魏能立即展開反衝擊，宋軍的威虜軍全部都是裝備精良的輕騎兵，他們在遼軍陣中來回廝殺，遼軍死傷慘重！而秦翰和田敏他們二部看魏能和遼軍廝殺起來，他們便摧動所部加入了戰鬥！一個魏能就讓遼軍吃不消了，秦翰和田敏的加入，更讓遼軍消受不起，鐵林相公蕭銑這就要撤退，這時隻見魏能挽起弓箭，一箭就把蕭銑射於馬下！遼兵看主將已死，他們那還有心再戰，當時就退了回去！
遼聖宗看主將已死，敗局已定他哪還有心再戰，他於是於是向西北的羊山方向撤退，宋軍三主將看遼軍敗退，他們那肯放過，於是便摧動部尾隨追擊而去！
而這時尚未出動的李繼宣也派人過來聯係，魏能命令他們跟隨大隊宋軍一起追擊遼軍！
宋軍先期開赴羊山包抄的二楊所部沒有能參與威虜軍城西的大戰，遼軍的行動太過迅速，一到就打，一打就敗，一敗就逃，二楊所部的包抄任務就這樣變成了迎頭痛擊！
遼軍雖然主動撤退，但是後有宋軍的追兵，前方還有楊延昭和楊嗣部隊，遼軍麵臨腹背受敵，前後夾擊的局麵！
當遼敗軍取道羊山南麓漸次向北撤退的時候，楊延昭和楊嗣早在此地恭候多時，當他們看到殺敗的遼軍如夾著尾巴的禿鷹一般出現在他們的麵前的時候，他們立即下達攻擊命令。俗話說“窮寇莫追”，追急了他咬人！遼軍前有攔截，後有追兵，他走投無路，便拚死抵抗起來，二楊雖然倚靠羊山展開拚死阻擊，但仍被數量上占有優勢的遼軍逐步擊退，被迫退出戰場！一部分沒有來得及後撤的宋軍死守羊山不退，最後全部陣亡。
楊延昭和楊嗣的正麵阻擊雖然宣告失敗，但是他不但使遼軍付出相當的代價同時，遲滯了遼軍的行動，為追擊部隊的趕到爭取了時間。正當遼軍最終攻下羊山上的宋軍陣地時，秦翰的部隊和田敏的部隊追來了！就在楊延昭和揚嗣在羊山和遼軍大戰的時候，秦翰和田敏他們倆也沒閑著，他們快馬加鞕催動部隊以最快的速度向羊山方向趕去！結果還真讓他們給趕上了，遼軍此時剛剛趕走楊延昭和楊嗣的部隊，他們正準備再次逃路，結果卻被秦翰和田敏趕上！秦翰和田敏趕上遼軍後，哪肯放過立即便與遼軍展開廝殺！在秦翰部咬住遼軍後一會兒，李繼宣部也追上了遼軍！
隨著二楊的退出、秦翰部和李繼宣部的相繼投入，形勢發生了逆轉，宋軍由阻擊戰變為追擊戰！剛逐走二楊的遼軍轉眼就被秦翰部和李繼宣部趕上了羊山。這時三股部隊合兵一處，對於遼軍來說那打擊簡直是毀滅性的！特別是李繼宣的部隊，他是一支預備隊，這一天來他一直都沒有投入戰鬥，他們滿身蓄積的力量一直都沒有地方發泄，這回他們終於找到發泄的機會了！這時隻見李繼宣手揮舞著長槍如銀龍一般上下翻飛，左右逢源，隨之而來的是遼軍的一片片哀嚎聲！由於戰馬中箭，李繼宣連換幾匹戰馬！遼軍由羊山南麓被趕上山脊，再由山脊趕到北麓，遼軍撂下幾萬具屍體後，便逃向了八裏外的遼國邊界。而在李繼宣部帶著滿身征塵和豐碩的戰果回到威虜軍的營地的時候，天！已經開始黑了！
十月十六日一天的戰鬥，宋軍雙方首戰長城口，次戰威虜軍，三戰羊山，三戰皆勝，最後的戰績是輝煌的！遼軍在這次戰役中被斬首二萬，統軍鐵林相公蕭銑被陣斬，另外遼軍又損失十五員大將，宋軍在這次戰役中取得勝利在宋遼長達四十年的戰爭史中也是少見的！
遼軍敗退後，宋軍在打掃戰場後，便用斬獲的遼軍官兵的首級在宋遼邊界上築起一個高台，以顯示武功並向遼軍示威！