当河西广大地区为西夏占有后，元昊对西夏军队也花费不少精力进行整治和重新编制。首先，他以黄河为标界，在西夏国内把军队划为左、右两部厢军，设十二监军司，分别命以军名，规定驻扎地（宋朝也有类似厢军设置，如同今天的“军区”），由此，健全了西夏军队的指挥体系。
元昊立国之初，西夏总军力已达50万人，这还不包括打大仗时从各部落征民为兵的人数。可以讲，元昊当国时，西夏全民皆兵。
元昊不仅拥有坚实的军事后盾，最重要的他还拥有一个主要由汉人组成的智囊团。西夏立国之初，“主谋议”的六个人，除嵬名守全是党项人，其他均是汉人：张陟、张绛、杨廓、徐敏宗、张文显。而且，教诱元昊以“大略”侵宋的主心骨也是两个汉人：张元、吴昊。
张元、吴昊二人虽是书生，却熟知中国历史和军事战略，他们力赞元昊进取关右之地，占领关中，向中原腹地挺进。同时，与辽国联合，让契丹人在河北进袭宋朝，最终使宋朝两面临敌，“一身二疾，势难支矣”。这些策略，皆是一剑封喉的毒招，无论哪一招成功，宋朝都会有亡国之忧。
当时，宋朝在西北的主要负责人，一是泾州知州夏竦，二为延州知州范雍，此二人不仅仅是文职，皆“加兼经略使、步骑军都总管”，是西北方面人、财、物、军一把抓的两大巨头。夏竦此人，是力襄宋真宗“天书封祀”中的“五鬼”之一，但此人极富才干，是一位有远谋的官吏。对于当时西夏的形势，他有非常中肯的分析：“李）继迁当（宋）太宗时，遁逃穷困，而累岁不能剿灭。先帝（宋真宗）惟戒疆吏，谨烽堠，严卒乘，来即逐之，去无追捕。然自灵武陷没，银（州）绥（州）割弃以来，假朝廷威灵，其（西夏）所役属者不过河外小羌耳。况（李）德明、元昊相继猖獗，以（李）继迁（之）穷蹙比元昊（之）富实，势可知也；以先朝（太祖以来）累胜之士较当今关东之兵（宋朝边军），勇怯可知也；以兴国习战之师方（比较）今沿边未试之将（没经过大战阵的宋将），工拙可知也……若（宋军）分军深入，粮糗不支，进则贼避其锋，退则敌蹑其后，老师费粮，深可虞（忧）也。若穷其巢穴（指进击银川），须涉大河，长舟巨舰，非仓促可具。若浮囊挽绠，联络而进，我师半济，贼乘势掩击，未知何谋可以捍御！”紧接着，夏竦针对西北边境形势，进呈十条建议：
一、教习强弩以为奇兵；二、羁縻属羌以为藩篱；三、诏唃厮啰父子并力破贼；四、度地形险易远近、砦栅多少、军士勇怯，而增减屯兵；五、诏诸路互相应援；六、募土人为兵，州各一两千人，以代东兵；七、增置弓手、壮丁、猎户以备城守；八、并边小砦，毋积刍粮，贼攻急，则弃小砦入保大砦，以完兵力；九、关中民坐累若过误者，许人入粟赎罪，铜一斤为粟五斗，以赡边计；十、损并边冗兵、冗官及减骑军，以舒馈运。
夏竦提出的这十条建议都言之凿凿，有利有理，朝廷大多采用。但是，当时的朝中大臣和边境将领，多主张征讨，反认为夏竦胆怯。
宝元二年（1039）年底，元昊命西夏军队进行试探性进攻，首先攻击宋朝的保安军（陕西志丹县），不巧的是，保安军当时的巡检指挥使狄青善战，把西夏军打得溃败而走，没有捞得任何便宜。
狄青，字汉臣，汾州人，由于善骑射，多武艺，他得以在皇家御林军服役。元昊称帝后，狄青以“延州指使”的官职被发往边疆效力。“时偏将屡为所败，士卒多畏怯。”“狄）青行常为先锋”。四年之间，狄青大小二十五战，身中八创，“破金汤城，略宥州”，又屠灭叛服无常的岁香、毛奴、尚罗等蕃族部落，很似日后的左宗棠将军，无妇人之仁，有大将之度，恩威并施，敌莫敢犯。狄青打仗，身先士卒，常披散头发，面带一狰狞铜面具，“出入贼中，皆披靡莫敢当”。
后来，狄青由经略判官尹洙推荐给负责西北边事的韩琦、范仲淹，“二人一见奇之，待遇甚厚。”范仲淹亲自把自己所研读的《春秋左传》赠与狄青，励劝道：“为将不知古今忠义之事，只不过是匹夫之勇。”“狄）青折节读书。悉通秦汉以来将师兵法，由是益知名。”日后，皇佑年间，狄青率军击破侬智高叛乱，回朝得封枢密使，此是后话，在此不表。
康定元年（1040）开春，元昊自率大军，以宋朝延州为目的地，揭开了大规模战争的序幕。
当时，时任振武军节度使、延州知州的范雍正在延州。这位范老夫子人品不错，在朝廷中颇有口碑，但兵事方面欠缺远略深谋。宋真宗死后，供奉“天书”的宏丽宫殿群昭应宫被雷击起火焚毁，刘太后欲重修，正是范雍抗言：“先朝以此竭天下之力，遽为灰烬，实乃上天惩戒！”终于使宋廷未再劳民伤财。正直归正直，范老夫子得知元昊西夏大军要拿自己的延州开刀，忙上表奏称：“延州最当贼冲，地阔而砦栅疏（周边防御工事少），近者百里，远者二百里，士兵寡弱，又无宿将为用，请益师。”但是，范雍要求增兵的表奏并未引起朝廷重视，不报。
元昊选择范雍的延州为攻击目标，并非仅仅因为范老夫子怯懦，而是经过深思熟虑做出的精心布置。宋夏两国以横山为界，东起麟州（今陕西神木），西到原州（今甘肃镇原）、渭州（今甘肃平凉），绵延1000多公里。元昊称帝后，宋朝在这条边界线上不断派军驻防，经过数次进兵侵扰及试探性进攻，元昊选定延州（今延安）为攻击目的地，看中的正是鄜州（今陕西富县）、延州一带通路畅阔，便于进攻。
首先，元昊展开军事行动后，又派使人送信于范雍，表示自己要与宋朝议和，老夫子“信之，不设备”。同时，元昊猛攻延州外围的李士彬所率各部军事据点。李士彬当时是宋朝的金明都巡检使，他本人就是党项族酋长，掌有十八寨近十万众的彪悍羌兵，驻扎于延州北面的金明寨。对于这个党项老敌手，元昊暗杀计、反间计、奇袭计等等全用个遍，一无所成。最后，反倒是“骄兵计”成功，西夏军每逢李士彬交战，招架几次就“溃退”，还高声叫唤：“铁壁相公（李士彬的外号）来了，我们赶快逃命吧。”如此一来，李士彬颇为自负。同时，元昊还派遣一批又一批党项部落向李士彬“投降”，面对汹涌而来的党项人，李士彬自己不好处理，就上报“上级”延州老夫子范雍，要求把这些党项降人迁居到远离西北边境的南方安置。范雍文士，没有军事计谋，反想“以夷制夷”，厚赏这些西夏降人，并让李士彬把他们编入金明寨周围的各个军事据点。李士彬不好违背上级命令，只得照办，等于宋朝的各个砦堡安置了为数众多的“定时炸弹”。
果然，安排停当后，一声炮响，元昊诸军突然发动攻击，事先诈降的党项人纷纷而起，金明寨等十余个延州以外的宋朝军士据点皆被西夏人占领，李士彬父子也被擒杀。乘胜优势，元昊大军直至延州城下。
范雍肝胆俱裂，一面命人紧闭四城拒守，一面派人带信急召当时屯守庆州（今甘肃庆阳）的鄜延路副总管刘平和石元孙。刘、石二人闻信苍猝提兵，直趋土门（今陕西安塞）。然后，这部宋军未得休息，又经保安、万安镇向延州方向驰进。鄜延都监黄德和、巡检万俟政以及巡检郭遵都接到范雍的告急书，也同时往延州方向集结。元昊早已得知宋军动向，便在三川口（今延安西北）设下埋伏，静待诸路入套的宋军。
刘平与诸将会合后，集步骑一万多人，结陈东行。走了五里，终于遇见严阵以待的西夏兵。当时，天降大雪，“平地雪数寸”，两军均摆偃月阵，一时相持。很快，西夏军渡水而前，改为横阵，宋将郭遵率骑兵荡阵，“不能入”。刘平指挥宋军全力压上，“杀敌百人”，西夏军退却。忽然，西夏军又“蔽盾为阵”，宋军又发动进攻，“击却之，夺盾，杀获及溺水死者几千人。”混战之中，刘平的脖子和耳朵皆被流矢射穿，血流遍体，乍为小胜，又至日暮时分，宋军兵校纷纷手持人头，牵着所缴获的马匹拥至刘平面前请赏，刘平忙说：“现在敌人未退，你们各部派人记下各自的功劳，战后一定重赏。”话音未落，西夏兵忽然又来一拨，“轻兵薄战”，宋军稍稍退却。其实，时前时退，是对阵交战双方军队常见的事情。关键时刻，远居后阵的宋将黄德和胆怯，见前军小退，他马上召集麾下往回狂逃。“众从之，皆溃”。一时间的从众心理，使本来一直在搏战中占上风的宋军忽然就掉头一齐往后跑。刘平见状，马上派自己的儿子刘宜孙乘马追赶黄德和，拉住他的马苦劝：“万望将军勒兵回击，合力击贼，不要错失良机。”黄德和不听，纵马驰奔而去。刘平无奈，“伏剑遮留士卒，得千余人。转斗三日，贼（西夏军）退还水东。”可见，宋兵此时的战斗力仍很顽强。特别是宋将郭遵，独出奋击，“期必死，独出入行间”，手持大槊横冲直撞，如入无人之境。西夏军知道此将不可当，派数人在一狭窄处持数条长绳欲拦截郭遵，均为这位猛将挥刀斩断。最后，西夏特派一股部队，边斗边佯败，诱郭遵深入，然后万箭齐发，才把这位猛将射死。郭遵上阵时所用铁锏、枪、槊，有九十多斤重，“其后耕者（农民）得其器于战处。”宋廷对这位郭将军非常惋惜，加封其父母，宋仁宗还亲自为其年幼四子起名。
刘平率众退至西南山，“立七栅自固”。半夜，西夏集大兵围攻，“四出千合击，绝官军为二”，苦战不支，宋军绝大部分战死，刘平、石元孙皆为西夏军生俘。
三川口之战，西夏虽大胜，但因天降大雪，加之延州城坚，并未能一举攻克延州。不久，得知其余几路西夏军遇败，补给又不济，元昊只得下令退兵。
