中原一统大业尘埃落定之后，赵炅的战略野心并未止步，他意图开疆拓土、恢复盛唐疆域版图，对标盛唐极盛疆域，全面经略四方边疆。彼时大宋边疆隐患重重：被辽朝占据的幽云十六州是中原北方屏障、国防命脉；西北定难军党项部族世代割据、日渐坐大；南方静海军交趾地区已然半独立、脱离中原管控。但太宗一朝对所有边疆区域的武力经略，最终尽数以失败告终，彻底改变了大宋的对外战略格局。
太平兴国四年（979年）五月，北汉刚刚平定，赵炅便志得意满、心气高昂，意欲挟灭汉全胜之威、乘势北伐，一举收复幽云十六州，彻底解除北方辽朝边患，建立超越兄长的盖世功业。
彼时宋军连年征战、围城日久，将士疲惫不堪、身心倦怠，全军上下普遍厌战，绝大多数将帅都极力反对即刻北伐，恳请太宗休兵养民、休整士卒、蓄力再战。唯有殿前都虞候崔翰迎合帝意、力主北伐，独自上奏进言：“此一事不容再举，乘此破竹之势，取之甚易，时不可失也。”
赵炅深以为然、决意北伐，不顾全军疲弊、众将反对，当即下令枢密使曹彬统筹调兵、整军北上，开启第一次幽州北伐之战。
五月二十二日，赵炅率军离开太原，挥师东进北上。五月二十九日，大军抵达镇州短暂休整。休整旬日之后，六月十三日，赵炅正式督率大军北上，开启北征辽朝、收复幽燕的战事。
六月二十日，宋军推进至岐沟关，辽朝东易州刺史刘禹见宋军势大、不敢抗衡，举城归降。宋军前锋傅潜所部于沙河一带遭遇辽军，一战击溃辽北院大王奚底、统军使萧讨古所部，初战告捷、士气大振。
六月二十一日，宋军兵临涿州，辽朝涿州判官刘原德献城投降，宋军一路势如破竹、连下辽城。
六月二十三日黎明，宋军火速进抵幽州城南，大军驻扎宝光寺。彼时城北屯驻辽军万余精锐、据守要地，赵炅亲自率军冲锋、正面击溃城北辽军守军，彻底扫清幽州外围兵力，随即对幽州坚城形成合围之势。六月二十五日，赵炅调度诸将，四面猛攻幽州城池，志在一战破城、收复幽都。
然而幽州作为辽朝南京重镇，城防坚固、守备精良，辽朝守将韩德让、耶律学古沉稳善战、坚守不出，调度士卒严防死守、昼夜抵御宋军猛攻。宋军连日强攻、死伤惨重、疲惫不堪，始终无法攻破城池，攻城之战陷入僵持僵局、锐气渐衰。
就在宋军师老兵疲、攻坚乏力之际，辽朝精锐援军星夜驰援、疾驰而来。七月六日，辽将耶律休哥率领五院部精锐援军抵达幽州西北，于高梁河与宋军主力正面交锋。赵炅亲赴前线、临阵督战，两军血战至黄昏时分，辽将耶律沙所部率先溃败、向后撤退，宋军一时松懈、心生轻敌之意。
殊不知此乃辽军诱敌之计，夜色掩护之下，耶律休哥、耶律斜轸各率精锐铁骑，从左右两翼迅猛穿插、钳形夹击，骤然对宋军形成合围之势。宋军猝不及防、仓促调动围城部队迎战，幽州之围虽解，却彻底陷入辽军重兵包围之中。辽军铁骑往来冲杀、势不可挡，宋军阵型瞬间大乱、全线崩溃、兵败如山倒。
七月七日黎明，战局彻底溃败，赵炅在乱军之中不幸被流矢击中，大腿连中两箭、伤势惨重。危急关头，三军溃散、无人护驾，赵炅孤身突围、仓皇逃离战场，狼狈不堪。
帝王孤身逃亡，前线宋军彻底群龙无首、军心彻底瓦解，数十万大军四散奔逃、全线溃败。辽军趁势全线追击，一路追杀三十余里，斩杀宋军万余人，缴获宋军大量兵仗甲胄、军旗符印、粮草钱币、辎重物资，宋军军械粮草尽数遗失、损失极为惨重。
太宗御用行在的全部服饰宝器、御用之物，乃至随军俘虏的北汉后宫嫔御，尽数落入辽军之手，大宋颜面、军威扫地殆尽。
七月八日，赵炅带伤逃至涿州，深知辽军穷追不舍、危机未除，急命大将高琼驻守御营、假扮帝王替身迷惑辽军，自己则因腿伤剧痛、无法骑马，换乘驴车连夜向南狂奔、仓皇逃命，狼狈至极。