庆历元年(1041年)正月，韩琦接到西夏军侵袭渭州(今甘肃平凉一带)的战报。他立即派大将任福率军出击。西夏军受挫撤退，任福下令急追。直追至西夏境六盘山麓，却在好水川口遇伏被围。任福等十六名将领英勇阵亡，士卒惨死一万余人。韩琦大败而返，半路碰上数千名死者的家属。他们哭喊着亲人的姓名，祈祷亡魂能跟着韩帅归来。韩琦驻马掩泣，痛悔不迭。
范仲淹的战略防御，并非单纯或消极的防守措施。他初至延州，便全面检阅军旅，并实行了认真的裁汰和改编。他从士兵和低级军官中提拔了一批猛将，由当地居民间选录了不少民兵，又开展了严格的军事训练，按军阶低高先后出阵的机械临阵体制，也被他取缔，改为根据敌情选择战将的应变战术。在防御工事方面，他采纳种世衡的建议，先在延北筑城，后来又在宋夏交战地带，构筑堡寨。对沿边少数民族居民，则诚心团结，慷慨优惠，严立赏罚公约。这样，鹿延、环庆、泾原等路边防线上，渐渐屹立起一道坚固的屏障。
庆历二年(1042年)三月的一天，范仲淹密令长子纯佑和蕃将赵明，率兵偷袭西夏军，夺回了庆州西北的马铺寨。他本人，又随后引军出发。诸将谁也不知道这次行动的目的。当部队快要深入西夏军防地时，他突然发令，就地动工筑城。建筑工具事先已经备好，只用了十天，便筑起一座新城。这便是锲入宋夏夹界间那座著名的孤城——大顺城。西夏不甘失利，派兵来攻，却发现宋军以大顺城为中心，已构成堡寨呼应的坚固战略体系。
从大顺城返回庆州的途中，范仲淹觉得如释重负。头年，在延州派种世衡筑青涧城，东北边防已趋稳定。西夏军中私相戒议的话，也传到他的耳朵里。他们说“不能轻易攻取延州了，如今小范老子胸中有数万甲兵，不似大范老子那般好对付”。当前庆州北部的边防，也大体接近巩固。只是他自己的身体，却感到十分疲乏。
范仲淹还采取了一些办法来提高军队的战斗力。宋朝皇帝的诏旨中曾规定了各级将领统率军队的数目，若遇敌侵犯，地位低的军官就带军队先行出阵抵御。范仲淹说，“战将不选择适当的人，只以官阶高低作为出阵先后的标准，这是自取失败的办法”，于是，他认真检阅了延州的军队，淘汰了一批怯懦无能的将校，选拔了一批经过战火考验的有才干的人代替他们。他又淘汰老弱，选择18000名合格士兵，把他们分成6部，让每个将领统率3千人，分别予以训练，改变了过去兵将不相识的状况，临战时根据敌军多寡，调遣他们轮流出阵抗敌。
范仲淹又积极召募士兵。因为原来守边的大都是从内地调来的已经腐化的禁军，这批人既不耐劳苦，又因久戌思乡，斗志不高，而从本地人民中召募士兵，熟悉山川道路，强悍敢战，又因保卫家乡，斗志较强。精练士卒，提高了军队的战斗力。此外，范仲淹能以身作则，将士没喝上水他从不说渴，将士没吃上饭他从不叫饿，朝廷赏赐给他的金帛都分发给将士。范仲淹赏罚分明，奖励勇猛杀敌的士兵，提拔重用立功的将领，对克扣军饷的贪污分子则当众斩首，毫不留情。这样，在范仲淹的率领下，西北军中涌现出许多像狄青、种世衡那样有勇有谋的将领，又训练出一批强悍敢战的士兵，直到北宋末年，这支军队仍是宋朝的一支劲旅。
在范、韩等人苦心经营下，边境局势大为改观。这时，西夏国内出现了各种危机，西夏军将领中间，也矛盾重重。至庆历二年以后，边界自西夏向宋朝投诚的人，已陆续不断。宋夏两国的百姓，都希望尽快停止军事行动。双方议和的使节，也开始秘密往返于兴庆府(今银川市)与汴梁之间。庆历四年（1044年）双方正式达成和议。宋夏重新恢复了和平，西北局势得以转危为安。
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