初期作战宋军进展顺利，接连小胜。但由于刚愎自用的赵光义将指挥权牢牢控制在自己的手中，从后方遥控军队作战，因此造成军令不能及时传达，加上各路军缺少合作，便纷纷败下阵来。杨业率领残兵在陈家谷奋力死战，辽兵漫山遍野而来，杨业部下大部分战死。杨业本人身负几十处创伤，最后为辽军所俘获，不顾辽军的威胁利诱，绝食三日而死。
杨业死后，边境大震。云、应、朔三州将吏弃城而逃，三州又被辽军重新占领。辽军又乘胜进入宋境，深入深（今河北深县）、德（今山东德州）、邢（今河北邢台）等州，抢掠一空，使宋朝边民蒙受重大损失。
从这次北伐失败就可看出，赵光义基本上没有经历过重大战役，缺乏锻炼。但他又自诩高明，刚愎自用，为了控制军队，每次作战前都亲自拟定阵图，结果严重束缚了前线将帅的手脚。所以北伐不败才怪。
赵光义先是盲目自信，在两次北伐失败后，他又陷入了或战或和的两难境地，经常在两者之间犹豫不决。到了晚年，赵光义守内虚外政策的指导思想已经形成，这种思想影响了整个南北两宋，致使两宋统治者都喜欢偏安一隅，而从不主动进攻。因此，赵光义对辽由攻到守，准备和解。为了防守，他命令宋军在河北沿边的平原上，疏浚、开拓边地河道，以作屏障。对于辽军的入侵，他也只准坚壁清野，不许出兵，即使是不得已出兵，也只许靠着城布阵，再不就是以和为贵，不许先动手攻击对方，结果束缚了军队将士的手脚。渐渐地，宋朝军队的作战能力越来越弱了。
赵光义是五代以来第一位非武人皇帝。在结束分裂局面后，尤其是在多次伐辽失败后，赵光义便将精力转移到文治上来。不过在文治方面，他的确有很多独到之处。他开创、修补、完善了宋朝的各项典章制度，使之基本成为定制，使宋王朝避免了像五代各朝一样短命夭折，奠定了政治、军事、文化、经济各方面制度的基础。两宋之人多言“祖宗之法”，这“祖宗之法”即是指宋太祖宋太宗而言，其中宋太祖法度主要在于军事、政治方面，而宋太宗除了对宋太祖法度作了进一步完善外，又着重在文化、经济等方面建立了一整套法度规范。
赵光义完善了始于隋唐的科举制度，科举向文人知识分子广泛开放，只要文章、诗赋合格，都可录取。赵光义扩大了取士的规模，每次科举考试录取的进士数额远远超过唐代及宋太祖时。赵光义还促进科举取进士日趋严密、完整。在赵匡胤确定殿试后，赵光义又将其进一步完善，规定殿试后在殿前“唱名”，由皇帝分别赐予“进士及第”“进士出身”“同进士出身”的功名。