童贯用兵河湟小有胜利，在与西夏较量中也略占上风，便打起了辽国的主意，主动要求出使辽朝打探虚实。政和元年（1111年），徽宗派端明殿学士郑允中为贺辽生辰使，童贯为副。童贯以宦官使辽，大为辽朝君臣不齿，指笑曰：“南朝乏才如此！”
在使辽时，燕人马植结识了童贯。政和五年，他由童贯荐引，入宋献联金灭辽之策，希望徽宗“念旧民涂炭之苦，复中国往昔之疆”，并断言旧疆臣民一定会箪食壶浆以迎王师。徽宗大喜过望，赐以国姓，命他改名良嗣，参与图燕之谋。
重和元年（1118年），武义大夫马政奉命由登州（今山东蓬莱）渡海使金，向金太祖转达了宋朝“欲与通好，共行伐辽”的意向，双方开始接触。宣和二年（1120年），徽宗命赵良嗣以卖马名义再次使金，缔结联金攻辽的盟约，行前在给他的御笔里说：“据燕京并所管州城，原是汉地，若许复旧，将自来与契丹银绢转交，可往计议，虽无国信，谅不妄言。”徽宗打算收回的是燕云十六州的故地，却只提燕京所管州城，自缚手脚。
尽管赵良嗣在谈判中尽量扩大燕京的辖区，要求将西京和平州、营州都包括进去，即恢复长城以南一切汉地，却被金人以不属燕京管辖为由断然驳回。最后双方约定：届时金进攻辽中京（今内蒙古宁城西），宋攻取燕京一带，事成以后，燕京归宋所有，送给金朝岁赐五十万两匹。赵良嗣回来复命，朝廷才知御笔作茧自缚，再派马政报聘，在国书中把燕云十六州一一注明。不料金人态度强硬，表示宋方如果要求过高，只有解约了事。
正当宋金使节来往道途折冲樽俎之际，力主收复燕云的实力人物童贯因镇压方腊在南方无法脱身，无人敢作主，金使不得要领而返。后人称这一盟约为海上之盟。但定盟之际，宋朝已可谓不失败而失败。所谓不失败，指宋人字面上索要燕京的要求已经达到；所谓失败，指宋人本意欲得燕云十六州，而不仅是燕京。
宣和四年，金人约宋攻辽。其时，在金人追击下，辽天祚帝已逃入夹山，耶律淳被拥立为天锡皇帝，支撑着残局。童贯镇压了方腊，正踌躇满志，以为只要宋军北伐，耶律淳就会望风迎降，幽燕故地即可尽入王图。
四月，童贯以河北河东宣抚使率军北上。五月，徽宗又任命蔡攸为两河宣抚副使，与童贯共领大军。童贯到河朔一看，这里百年不识干戈，驻军骄惰，备战松弛，连当年为阻遏辽朝骑兵而构筑的塘泊防线也都水源枯竭，堤防废坏。
但这时童贯也只好硬着头皮进军。他派人前去说降，被耶律淳杀死。宋军张贴黄榜，宣传吊民伐罪之意，却不见有辽地汉民箪食壶浆出迎“王师”。实际上，燕云汉民已经习惯了辽朝对他们的汉化统治，他们并没有中原汉人那种强烈的夷夏观念。
童贯大军到达高阳关（今河北高阳东），即命都统制种师道率东路军攻白沟，辛兴宗帅西路军攻范村（河北涿县西南）。种师道是西北名将，以为伐辽是乘人之危的不义之战，完全是消极参战。他得知前军统制杨可世被辽军先败于兰甸沟，再败于白沟，辛兴宗也在范村溃败，就撤军雄州（今河北雄县），被辽军所乘，鏖战城下，损失惨重。徽宗闻之，对辽的态度立即由藐视转为畏惧，急召大军还师。童贯把指挥无力的责任全推给了种师道等，将他们或贬官或致仕。
七月，耶律淳病死，其妻萧氏以太后主政。宋朝正是王黼为相，他便鼓动徽宗让童贯、蔡攸再次发兵，以刘延庆替代种师道。金人唯恐宋军靠一己之力先取了燕京，得不到宋朝的岁赐，便遣使来约战期，宋派赵良嗣再使金朝，讨论双方履约事宜。
刘延庆因有前车之鉴，十万大军畏缩不前。辽涿州守将郭药师见辽朝朝不保夕，率劲旅常胜军八千人以涿（今河北涿县）、易（今河北易县）二州来降，隶属刘延庆麾下。不费一兵一卒得两座城池，宋徽宗有点忘乎所以，赏赐郭药师的同时，御笔改燕京为燕山府，其他八州也一一赐名，似乎一府八州都已入囊中。
童贯派刘延庆、郭药师率大军十万渡白沟伐燕，行至良乡（今属北京），被辽将萧斡邀击，就屯兵卢沟以南，闭垒不出。郭药师自愿率奇兵六千，乘敌后空虚，夜袭燕京，但要求延庆派其子刘光世率师接应。
郭药师攻入了燕京，辽军殊死血战，刘光世违约不至，郭药师军死伤过半，仅数百骑逃回。辽将萧斡断了宋军的粮道，扬言辽军三倍于敌，将举火为号，一鼓聚歼宋军。刘延庆闻风丧胆，一见敌军火光，就自焚大营，仓惶南逃，士兵自相践踏百余里，粮草辎重尽弃于道路。次日，宋军在白沟被追兵再次大败，退保雄州。
这一仗使熙丰变法以来积蓄的军用储备丧失殆尽。至此，童贯主持的两次伐燕均告失败，而覆亡在即的辽朝居然大获全胜，金朝也在一旁冷眼看清了宋朝在军事上不过是银样醋枪头。
这时，金太祖已攻下辽中京与西京（今山西大同），岁末，亲率大军攻克了燕京。他见宋军一再失利，对来使赵良嗣的态度十分倨傲和强硬。赵良嗣奉命与金朝谈判履约交割的相关事宜，他明知金人得寸进尺意在毁约，但宋朝在军事上硬不起来，他在谈判桌上也就没了底气。
经过几次使节往来和讨价还价，金人下最后通牒：金朝只将燕京六州二十四县交割给宋朝；宋朝每年除了向金朝移交原来给辽朝的五十万岁币，还须补交一百万贯作为燕京的代税钱；倘半月内不予答复，金朝将采取强硬行动。
宣和五年正月，赵良嗣回朝复命，徽宗全部答应，只让他再次使金，要求归还西京。金朝乘机再向宋朝敲诈了二十万两的犒军费，宋朝也一口应承，但金人最后照单收了银两，仍拒绝交出西京。
四月，双方交割燕京。金军入城近半年，知道城池将归宋朝，便大肆剽掠洗劫，居民逃匿，十室九空，整座城池几如废墟。金军临走时，又将富民、金帛、子女捆载而去。童贯、蔡攸接收的只是一座残破不堪的燕京空城和蓟（今河北蓟县）、景（今河北遵化）、檀（今北京密云）、顺（今北京顺义）、涿、易六州，其中涿易二州还是主动降宋的。
尽管如此，徽宗君臣还是自我陶醉，王黼、童贯、蔡攸、赵良嗣等都作为功臣一一加官进爵，徽宗还命人撰写《复燕云碑》来歌功颂德，似乎太祖、太宗未竟的伟业，真的由他来完成了。但金太祖在撤离燕京时就公开宣称二三年里必再夺回来。
在这场战争，韩世忠在刘延庆军中，因作战勇敢，受到表彰。
当时，宋廷派郭药师偷袭燕京，入迎春门，与辽军展开巷战。由于援军不至，宋军失败，宋大将高世宣阵亡。辽虚张声势，扬言将以三倍于宋军的兵力冲击宋营。次日清晨，刘延庆见卢沟（今永定河）北岸火起，以为辽军真的前来攻击，便弃营逃遁。慌乱中，人马互相践踏，弃尸路边，军械装备与粮储尽失。刘延庆仅与苏格等五十骑（一说五骑）败退到滹沱河。
这时正碰上辽国二千骑兵前来。刘延庆、苏格与一些随从人员都大惊失色。在军中的韩世忠叫苏格等从容地排列在高冈上，不要乱动。在这时，滹沱河边集中了一批从燕山回来的宋军溃兵（多是伤兵）的舟船。韩世忠与溃兵约定，看到辽军奔逃，便鼓噪呐喊，帮助我军大造声势。布置完毕，韩世忠一人单枪匹马冲向辽军，回旋如飞。辽军存在疑虑，把队伍分成两部，占据高坡进行观望。韩世忠出其不意突然击倒辽的两名掌旗官，乘机奋勇砍击，苏格等亦来助攻。舟船上的溃兵也一齐鼓噪喊杀，声浪动地，辽军大乱，奔逃而去，宋军乘机追杀，所获甚多。事后，韩世忠获得刘延庆的表彰。
但是，由于宋军腐败，缺乏战斗力，数十万大军在与辽军巷战时被打败。最后，只得要求金出兵燕京。宣和四年（1122年），金帝完颜阿骨打亲率大军征辽，几路齐进，从南门进入燕京城。宋朝只能出重金高价，方买回几座空城。宋每年加付一百万贯钱为“代税钱”，随同每年的“岁币”交付给金朝。
宣和五年四月，金方将燕京及所属九州中的西部六州归宋。但燕京居民大部已被金俘往东北作奴隶，宋所得的只是“城市邱墟、狐狸穴处”残破不堪的一座空城。
