先行官野利遇乞命由汉人“撞令郎” 组成的突击队，从山崖下的小路进攻，城头滚木礌石齐下，弓箭如雨，突击队顿时被杀伤殆尽。元昊亲率大军转攻北城，折继闵率军力战，杀死了上千名夏军。元昊见府州无法攻克只好退走，转攻丰州，宋军不敌，城破，知州王余庆、兵马监押孙吉、指挥使侯秀、严训战死。元昊纵兵大掠永安、来远、保宁三寨。
元昊在付出惨重代价后没能取得麟、府二州，遂在两州之间修建琉璃堡作为支点要塞，囤放了大量补给，由大将耶守贵把守；又加修建宁寨，切断麟、府交通线，然后回头继续围困麟、府二州，发誓不夺回二州绝不罢休。夏军不断抄掠宋军补给队，掠夺粮食，切断水源，使二州的水供给发生了极大困难，城内一碗水可换一串铜钱。范仲淹奉诏派2000名士兵护送的麟、府二州戍卒的冬衣，抵中堠寨，夜遇夏军一万余人猝至，护衣士兵被打了个措手不及，大败而回，冬衣全部被夏军抢走。
宋仁宗听说夏军勇不可挡，恐慌异常，听从宰相吕夷简的建议，准备放弃麟、府二州，退守保德。
转运副使高达出班奏道：“万万不可！西夏军乃虎狼之师，得陇望蜀，得寸进尺，只有步步为营，寸土必争，稳扎稳打，方可保我大宋无虞。眼下之计，圣上一方面严令范仲淹严防死守，与夏军决战；另一方面加强后勤供给，确保前方将士衣食无忧。”宋仁宗准奏，降诏：“鄜延部署许怀德，驻泊都监任守信、刘拯，巡检黄宁率兵万人，速援麟、府二州，并赐麟、府守城的军士缗钱万贯。”又降诏：“元昊入寇麟、府，所过城寨有能出奇兵设伏掩击者，量功优奖之，军马或致误折，亦不加罪。”
麟、府二州正在危急时刻。9月，范仲淹派都监王凯带领6000余名牌刀手，大将张岊带领5000名骑兵从延州出发，护送补给，驰援麟州。没走多久，在青湄河与西夏军遭遇，王凯毫无惧色，和张岊前后夹击夏军，斩敌百余人，西夏军不支退走。援军进至兔毛川，西夏统军嵬名亮率三万骑兵来攻，其中包括精锐的铁鹞子军。西夏军铺天盖地地冲了过来，宋军监军宦官宋永诚见状吓得嚎啕大哭了一会儿，拿出一根绸带准备自缢。有诗叹曰：
阉竖监军实可哀，未遇战阵先自裁。
手捧白绫哭嚎啕，愧杀多少将相才。
大将王吉一把夺过宋永诚手中准备自缢的绸带怒斥道：“仗还没打，你想自杀吗？打输了再死也不迟。”说完命令亲兵骑士道：“你们一定要保护好宋大人的安全，如果贵人有失，斩汝等首级。”
王凯见夏军来攻，立即命宋军外环以车布阵，内藏6000名牌刀手摆出龙虎八卦阵应敌。西夏军用铁鹞子为先锋冲阵，宋军万箭齐发，但铁鹞子铠甲坚硬，无法奏效。王吉、王凯心一横挥兵杀出，王吉脱掉铠甲袒胸杀入敌阵，一转眼功夫就挥刀杀死十多名夏军。王凯也身先士卒，竭力厮杀，流矢中面仍不下战场。宋军牌刀手的盾牌是特殊制造的，上有机关，开动后，前面的野兽图案便张牙舞爪地活动起来，形状非常恐怖。长刀也是特殊设计的劈阵刀，都是宋军刚刚研发的新式武器。西夏铁鹞子战马见到宋军盾牌上张牙舞爪的怪兽，受到惊吓，不顾主人地驱使，乱跳乱窜，又被宋军一阵乱砍，当场被砍死数百名骑兵。西夏军崩溃了，争相逃跑，互相践踏，掉入山谷者无数，数千人死于非命。
兔毛川失败后，元昊再次加紧猛攻府州。张元绕城详细巡视了府州的防守情况，见西南城墙低矮，便让大将梁乙埋从此处进攻，先是命弓弩手对着城头射箭，霎时飞箭如蝗，城头守军纷纷倒地。在箭矢掩护下，攻城部队抬着云梯冲到城下，架起云梯，纷纷爬上城头，大呼道：“快冲啊，城池被攻破啦！”危急关头，在此督送粮草的勇将张岊跳上城头，大呼道：“府州存亡，在此一举，不怕死的勇士们，跟我杀呀！”挥刀杀入爬上城头的敌群，流矢射中他的右耳，血流满面，但他仍坚持指挥战斗。宋军见主将勇敢，便同仇敌忾，奋勇杀敌，终于将西夏军全部赶下了城头。
张元一计不成，又生一计，命军士从夏营开始挖地道，还制造了一种叫做“对垒”的战车，居高临下，利用硬弓强弩攻击城内的宋军。张岊带伤昼夜督守城池，不下火线，夜间又将兵丁缀下城墙，到城外取水，夏军连攻十余日，始终不能攻克府州。
麟州的第二次围困仍在继续，元昊一时攻城不下，就派出间谍潜入麟州侦查，很快间谍汇报：“城中已经断水了。”元昊大喜，可次日一看，宋军竟然用湿泥涂在城头上防御进攻。元昊心想：“城内缺水，宋军焉能用湿泥护城，此乃间谍谎报也，差点误我大事。”当即命人把那个间谍杀死。
其实宋军正如间谍侦查的，的确没水了，但知州苗继宣机智过人，用沟泥涂在城头，用障眼法骗过了狡诈的李元昊。
10月，战争越来越残酷。西夏军把精力转向外围，竭力切断麟、府二州和后方的联系，加紧劫掠。宋军则拼命运送给养，并且对抗西夏的劫掠。就在战争打得难解难分之际，宋仁宗根据范仲淹的建议，任命鄜延路钤辖兼知鄜州张亢统管麟、府二州军马。
张亢，陕西延州人，生于1010年，18岁考中举人，身高6尺，膂力过人，使一口大刀，无人能敌。他虽然出生于书香之家，却自幼爱读兵书，喜欢使枪弄棒，考中举人后，他不顾家人的强烈反对，毅然投笔从戎，只身从军。张亢虽是一位年轻书生，但在范仲淹的栽培下，已成长为西北最出色的将领之一。
张亢到了前线，看到禁军很自负，但战斗力很弱，就故意让厢军（后勤运输兵）去完成一些比较简单的杀敌任务，完成后马上重赏。那些禁军看到后感到脸上无光，于是个个跃跃欲试，加紧训练，战斗力明显提高。张亢派猛将张岊抢夺秋粮，宋军在龙门川以900人击溃了数倍的夏军，使夏军掠夺龙门川秋粮的计划落空。张亢在综合分析敌情后，把打破夏军围攻的首要目标放在拔掉夏军的要塞琉璃堡上，他派出多名间谍侦查琉璃堡附近的山川地形和敌情。数名间谍回报：“琉璃堡贮藏着大量的物资，守军只有2000余人，防守薄弱，主将耶守贵骄横粗暴，日日饮酒，酒醉后以鞭打士兵取乐。”这天，一名琉璃堡的西夏老兵正在占卜，突然发现卦相可怕，对左右道：“宋军近日将有大的军事行动，我等且不可麻痹大意。”旁边的年轻士兵听了哈哈大笑道：“汉儿皆藏头膝间，何敢尔。”他们乐观地嘲笑着。张亢的骑兵就在这一天夜间突袭琉璃堡，西夏军来不及抵抗，2000余名守军被全歼，物资被宋军劫掠一空，守将耶守贵侥幸逃脱。
元昊又派大将李清率数万骑兵驻扎在柏子寨，阻击张亢护送补给。双方再次开战，张亢占据了顺风的有利地形，乘势掩杀，夏军被斩首600余级，相互踩踏，坠下山崖摔死者不计其数。张亢一刻也没有停歇，接着发动了对建宁寨的进攻，他用重金买通了一名西夏降将，让500名宋兵穿着夏军服装夹在溃兵中逃回建宁寨。建宁寨守兵见是自家熟悉的夏兵夏将，未加细查，就让他们进了建宁寨。到了三更时分，300名宋军悄悄摸到城门前杀死了守卫寨门的夏兵，打开城门，早已潜伏在城外的宋兵鱼贯而入。与此同时，另外200名潜入寨中的宋兵到处放火，焚烧粮草，大呼道：“宋军进城了！宋军进城了！”在睡梦中惊醒的夏兵见到处是宋军，无心恋战，便从其他几个寨门中逃走。张亢夺取了这个据点后整修了寨子把它作为宋军的要塞，命大将王吉率2000名宋军防守。
元昊听说建宁寨丢了，恼羞成怒， 命野利遇乞率两万人马来夺建宁寨，在兔毛川再次和宋军相遇。张亢命令骁将张岊伏短兵强弩数千于山后，把战斗力较差的万胜军和战斗力较强的虎翼军交换旗帜。战斗一开始，野利遇乞果然中计，他首先冲向战斗力比较弱的“万胜军”，没想到他们碰到的却是强大的虎翼军，双方陷入苦战。这时，张亢令旗一挥，山后的张岊带领伏兵从背后杀出，前后夹击，西夏军顿时陷入混乱，被彻底击溃，元昊夺回建宁寨的企图惨遭失败。
宋军又在附近新筑清塞、百胜、中候、建宁、镇川五寨，麟、府之路始通。同时，也宣告了元昊夺取麟、府二州的企图彻底破产。12月，元昊下令各路人马全线撤退，麟、府的围困始解。后人有《渔家傲·麟府争夺战》词一首赞曰：
黄河拍岸涛欲立，麟府城头鏖战急。十万宋兵齐努力，飞鸣镝，建宁寨前破强敌。 范公高
擎保国旗，张亢跃马击琉璃。横扫逆贼如卷席。元昊泣，数万夏军化血泥。