士气进一步下降，并且这种情绪蔓延到了部分主将。七月初六，耶律沙部与宋军战于高梁河畔，被宋军击退。宋军乘胜追击。当天傍晚，耶律休哥率大军驰至，人手两个火把，宋军没有防备，无从判断辽军兵力，于是停止追击，速于高梁河畔防守列阵。不久辽兵夜战，耶律休哥部在耶律斜轸部配合下，左右夹攻，耶律学古部亦出城作战，使宋军三面被围，全线溃败。宋太宗乘驴车并负箭伤南逃，耶律休哥此时身上的伤开始发作，并没有过多追击。辽军追至涿州而止，缴获战利不可胜计。 
战役影响.高梁河之战结束后，宋军的势气急转直下