此次作战，堪称是北宋朝廷立国以来最大的军事行动，不仅集结了30多万最精锐的部队，还调拨了20余万民夫随军行动。除了调集重兵之外，宋神宗几乎将北宋朝廷最能领兵作战的大将全部派到了对西夏作战的前线：以熙河经制李宪为统帅，统领熙秦七军共80000人马，并辖制吐蕃首领董毡的30000军队，出熙河攻取兰州，然后向灵州进发；种谔统领鄜延及畿内兵93000出绥德，先攻击米脂，然后向夏州、怀州，最终向西夏的兴州进军；外戚高遵裕率领步骑87000出环庆，先攻击西夏清远军然后向灵州发起攻击；刘昌祚带领泾原军51000人，协助高遵裕攻击灵州；而作为名义统帅的宦官王中正率领河东兵60000出麟州，先对怀州发起攻击，然后对西夏的兴州发起总攻。

如果，按照宋神宗的计划，五路大军协同作战，很有可能一举将西夏灭亡。但是很可惜，“理想很丰满，现实很骨感”，宋神宗的计划，从一开始埋下了失败的伏笔。作为此作战的主力，高遵裕所统帅的环庆军，还没有出发，就先“损失”了主力。由于泸州战场上韩存宝作战不利，宋神宗派遣环庆军副总管林广接替韩的职务。结果，林广不仅带走了所部人马，也是环庆军中的精锐，同时更是将大批战马抽调一空。虽然，北宋朝廷从内地为环庆军补充了足够的兵力，但是战斗力与林广所部不能同日而语。除了，精锐被调走之外，种谔更是不顾8月底统一攻击的部署，在8月初就抢先在绥德对西夏发起攻击。这一战虽然北宋斩杀2000西夏人，但是也提早暴露了北宋的战略企图，使得西夏有了布防时间。

不过，好在开战之初，宋军在兵力、士气占有优势的情况下，取得不少胜利。

李宪所率熙河军最先进攻，其麾下的大将李浩率先在西使城与西夏交锋，无心恋战的西夏军队一触即溃。紧接着，西夏派出一支20000人左右的骑兵对熙河军发动反击，结果被宋军队采用严密的阵法和神臂弓结合，斩杀2000余名西夏骑兵，迫使西夏军队败退。此战，宋军虽然战果看似差强人意，但是成功迫降了西使城守将以及16000西夏军队。为了挽回败局，西夏再次派出数万人的援军，投入到了保护有“御庄”之称的龛谷城战斗中。在经过一场激烈的“弓箭战”之后，西夏军队遗留600余具尸体之后仓皇逃走。宋军趁机夺取了河湟之地大片土地，尤其再一次夺回了兰州的控制权。但是，在取得胜利之后，李宪的熙河军并没有遵从原先的部署向灵州进军，而是以修筑兰州城为名，停止了大规模的军事行动。

与李宪的熙河军不同，种谔的鄜延路大军，则有着一往无前的气势。在五路大军全线进攻开始后，种谔的大军就对米脂城展开了围攻。但是，由于易守难攻，宋军连续攻击三天，都没有获得成功。就在宋军在米脂遇挫之时，西夏包括“铁鹞子”在内的70000西夏援军已经迫近。种谔立即将全部精力投入到了“打援”的作战中，除了一部继续攻击米脂之外，主力赶赴无定川与西夏援军进行决战。一场大雾之后，双方的厮杀开始了。宋军采用的是两翼攻击，中路推进的战术，利用神臂弓和阵型步步为营，向西夏军队攻击，西夏则仰仗着“铁鹞子”强大冲击力进行反击。结果，双方激战多时，未能分出胜负。关键时刻，宋军大将郭景修带领近千名骑兵从高坡处向西夏中军发起冲击，并且手刃西夏两名将官，挫动了西夏军队的锐气。这时宋军早已埋伏多时的伏兵也发起了攻击，将西夏大军分割成几股，宋军则从四面八方对这些被分割包围的夏军发起攻击。西夏军队再也抵挡不住宋军的攻击，开始了溃败。据称，西夏军队因为“斩杀及自相蹂践，颠仆而死者，横数十里，银水为之赤”。在击溃西夏援军后，米脂守军万余人被迫向宋军投降。种谔立挟大胜之余威席卷了西夏的夏州、银州等地，但是距离灵州的距离依然还是那么遥远。

虽然，李宪和种谔虽然大获全胜，但是已经无法完成宋神宗最初围攻西夏兴、灵二州的部署。最终抵达灵州城下的，只有从环庆、泾原路出兵的高遵裕和刘昌祚。虽然，刘昌祚的泾原军归高遵裕统辖，但是由于高遵裕的环庆军迟迟没有发起攻击，所以刘昌祚率先发起了攻击。这支仅有51000人的宋军，在磨脐口与西夏主力相遇。面对易守难攻的磨脐口，以及驻防的西夏主力，刘昌祚不顾部下的绕道而行的建议，决定采取正面强攻的措施，与西夏在磨脐口交锋。两军开战之后，刘昌祚身先士卒手持两面盾牌在前方开路，掩护神臂弓手向西夏军队射击。西夏主将梁乙埋同样亲临一线，率部抵抗宋军的攻击。可是，宋军士气正旺，而且神臂弓的杀伤力也颇为强大，西夏军队舰舰力不能支。最终宋军不仅夺取了隘口，还斩杀俘获了西夏大批军事将领，可谓是大获全胜。之后，刘昌祚率部夺取了呜沙州“御仓”，在获得了大批军事物资和军粮后，泾原军逼近了灵州。

三路宋军高奏凯歌，让高遵裕得了一个大便宜，兵不血刃的逼近灵州城下。但此时，却出现了开战以来，宋军最大的一次转折。最先逼近灵州的刘昌祚，原本准备带领主力攻击灵州城东30余里的东关镇。因为这里不仅驻扎着西夏军队残余的主力，更是控扼灵州、兴州两地关键节点。如果，攻克东关镇，宋军很有可能会不战而得灵州、兴州。但是，高遵裕却因为抢先向宋神宗发出了攻取灵州的报捷文书，要求宋军对灵州进行采取围攻。结果，高遵裕和刘昌祚之间，因为采取何种作战策略产生了矛盾，以至于高遵裕屡次“欲以军法斩昌祚”。高遵裕的做法，不仅导致前线大将关系失和，也导致刘昌祚泾原兵士气低落。而且，在围攻灵州的过程中，高遵裕面对灵州3丈高的城墙无计可施，只能采用围困的笨法子。结果，在灵州城被围困18天之后，西夏军掘开“七级渠”，水淹宋军。最终导致了宋军大败而归。

虽然，李宪和种谔背离了最初的战略部署，高遵裕和刘昌祚在灵州城下大败而归，但是这四路大军好歹与西夏军队真刀真枪的厮杀一场。可是，作为五路大军的名义统帅，率领60000河东兵的王中正，完全是消极避战，几乎没有遭遇夏军。只是为了掩盖自己的无能，斩杀了一些西夏百姓冒充军功。

最终，轰轰烈烈的五路攻夏，在局部作战中获得了胜利，也攻占了具有战略意义的河湟之地。但是，最终虎头蛇尾的惨败，不仅没有达到消灭西夏的战略目标，更是将王安石变法积攒的家底全部损耗。