在城池被敌包围的情况下，要取得守城战的胜利，需要两个条件：一是城内部队顽强防守，争取时间，疲惫攻城敌军；二是必须有外援。这样，里应外合，内外夹击，即可击败攻城的敌军。第一次幽州之战中，辽军就是以此击败宋军的进攻而取得胜利的。
太平兴国四年（979 年）五月，北宋灭亡北汉后，宋辽直接对峙。宋太宗企图挟战胜的余威，一举夺取燕云地区。但宋军“攻围太原累月，馈饷且尽，士卒疲乏”，因此大多数将领不赞成立即向辽进军，但无人敢直言谏阻。宋太宗以幽州为主要作战目标，数十万大军迅逮自太原转移兵力东进，越过山峦重迭、沟壑纵横的太行山，企图乘辽无备，实施突然袭击，一举夺占幽州，然后乘胜收复全部燕云地区。
五月二十日，宋军从太原分路东进，翻越太行山，进入河北平原。一路顺利，六月二十三日黎明便进抵幽州城南。辽南院大王耶律斜珍看到宋军兵锋甚锐，不敢正面交锋，遂率兵进驻治沙河北（今北京清河镇一带），以声援幽州，同幽州结成犄角之势，因而坚定了幽州城辽军固守待援的决心。宋太宗认为耶律斜珍只能凭险固守，不足为虑，便以一部牵制其军，以主力从四面围攻幽州。辽幽州守将韩德让、耶律学古一面加强防守，一面安定人心，以待援军到来。
辽景宗耶律贤在得到宋军合围幽州的消息后，即派北院大王耶律休哥和南京宰相耶律沙率兵越过燕山增援幽州，宋军围攻幽州坚城不下，“将士多怠”，士气低落。七月初六，正当宋太宗督军攻城时，耶律沙的援军抵达幽州城外，在高梁河（今北京西直门外）畔同宋军展开激战。战至黄昏，耶律沙不支，向后撤退。恰在这时，耶律休哥的骑兵赶到，数万人各持两个火把，宋军不测虚实，军心震恐。耶律休哥到达幽州城北后，即与原集结在清沙河北的耶律斜珍合军，分左右两翼向宋军展开猛烈反击，宋军被迫撤出围城部队。驻守幽州城内的耶律学古见机开城列阵，四面鸣鼓呐喊助威。宋军阵势大乱，失去指挥而大败。宋太宗中箭负伤，乘驴车南逃。辽军乘胜逐北，缴获宋军沿途遗弃的大量兵器辎重，宋辽第一次幽州之战至此结束。
此战宋军的失利不是偶然的。宋军移师幽州，仅是一个方向的进攻，既未从幽州北面出兵牵制辽军，又未控制一定的预备兵力，一开始便将主要兵力投入战斗，企图速战速决，一举成功，以致一遇挫折，便无力挽救。其次是对幽州城的防御力量估计不足。幽州是辽的战略要地，辽必定会以重兵防守。宋军远程急进，无攻坚准备，以致顿兵坚城，陷于师老兵疲的困境。最后是缺乏打援部署。幽州既为辽战略要地，在受到围攻时，必以重兵增援。但宋太宗计不及此，未作任何阻援部署，只顾全力攻城，终为辽援军所乘，导致全军溃败。反观辽军，虽在宋军突袭初期遭到一些挫折，但能采取一些有效措施。固守待援，为调集援兵赢得了时间。在援兵到达后，又成功地运用两翼包围的战法，终于取得了解围幽州、大挫宋军的胜利。
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