柴荣在潞州休整后，又开始了北上晋阳（今太原）之举。
史称世宗柴荣“遣符彦卿等北征，但欲耀兵于晋阳城下，未议攻取”。柴荣初期并没有一定要攻下晋阳的决心。此次御驾亲征，有高平大捷，已经足以教训北汉。他知道晋阳城乃是天下最难攻取的大城，历史上似乎就没有被外敌攻陷过。但高平战后，他在往北推进时，多处州郡传来归附后周的消息，更遇到了“箪食壶浆以迎王师”的动人场面。各地士庶纷纷遮在军前自愿充当向导，并反复向周师讲述北汉的盘剥之重、残虐之深。柴荣陶醉在“汤武革命”般的自豪中，觉得既然如此得民心，也许我大周义师可以攻克那个晋阳大城。至于粮草问题嘛，也许可以“因粮于敌”，在敌人这方面搞到后勤补给。种种迹象表明，似乎可以打一场“计划外”的战争。
这年三月底，柴荣以符彦卿为河东行营都部署兼知太原行府事，以郭崇（即郭崇威，郭威称帝后，因为郭威的名讳，他改名郭崇）副之，向训为都监，李重进为马步都虞候，史彦超为先锋都指挥使，将步骑二万发潞州；仍诏王彦超、韩通自阴地关（山西灵石县西南）入，与符彦卿合军而进，又以刘词为随驾部署，保大（今陕西富县）节度使白重赞副之。调兵遣将，做出了攻克晋阳的态势。不几日，数万大军包围了晋阳。
与此同时，原属北汉的更多州郡开始请降。
宪州（今山西静乐）主动降！
岚州（今山西岚县）主动降！
石州（今山西离石）主动降！
辽州（今山西左权）被周师克降！
沁州（今山西沁县）被周师克降！
……
契丹主耶律璟得到刘崇派来王得中的求援信，当即回复：近期即发兵来救晋阳。
但王得中一来一回要走多日，等到他回来时，并没有进入晋阳——晋阳已经被世宗柴荣包围了，他只好进入代州暂时安身。
柴荣的大军在晋阳城下环绕为近四十里的大营。
一时间，后周大军出现了粮草不继的困难。数万大军有了五代时期的劣习：剽掠。大兵们开始四出抢劫粮草。晋中大地的士庶们，一开始还以为来了“王师”，可以“救民于水火”，不料“王师”反将当地置入水深火热之中。于是“箪食壶浆以迎王师”的士庶，成为啸聚山林打劫散兵游勇和周师辎重的盗贼。柴荣知道这个局面后，果断下诏禁绝军士剽掠，同时开始安抚地方，规定只收今年租税，还鼓励地方纳粮，有纳粮，就有官做。但仍然无法征集到足够的粮草，当地已经被刘崇搜刮过了，柴荣已经无法继续搜求。
“因粮于敌”的想法落空，“敌方”地盘无粮！这个严峻事实，让大帝柴荣紧急调动曾经做过转运使的李谷来处理。
李谷当时已经在汴梁做三司使负责国家财政工作了，此际，又被火急调到晋阳来做大军的后勤部长。李谷巧妙盘算、认真规划，终于为大军凑齐了足以支撑下去的军需。
月底，周世宗柴荣从潞州赴晋阳督战。
北汉忻州（今属山西）监军，杀了刺史及契丹所遣戍守将军，投降周师。
北汉代州防御使郑处谦杀掉契丹监军，举城来降周师。世宗将代州置为静塞军，以郑处谦为节度使。
这时刘崇派往契丹请援回来的王得中正在代州城里。郑处谦的部下，代州将桑珪等人很诡异地杀了郑处谦，向世宗柴荣诬奏他“潜通契丹”。这应该是在柴荣前争功的一个血案。
随后，桑珪等人将王得中送往周师。
柴荣很喜欢这个读书人。当初在高平大战，看到风向不对，他劝谏刘崇小心，刘崇不听，结果大败。证明这个读书人很有点头脑。就给他松绑，还赐给他玉带、马匹等。然后问他：“你到契丹去请援，你可知道契丹军什么时候会到晋阳？”
王得中说：“我只受命去送杨衮，没有别的使命。”
有人对王得中说：“契丹可是答应你发兵来了！你不说实情，万一契丹军很快到达，你可就危在旦夕啦！”
王得中的回答是一篇大实话，他说：“吾食刘氏俸禄，又有老母在围城中，若以实情告之，周人必发兵据险以拒契丹。如此，家国两亡，吾独生何益！不如杀身以全家国，所得多矣！”
契丹骑兵数千人，很快出现在忻州、代州之间，作为北汉遥远的声援。
柴荣发现无法收买王得中，最后还是杀了他。
战场形势渐渐有了变化，开始向不利于周师的态势转移。
河东行营都部署符彦卿奏请增加兵力，柴荣派遣李筠、张永德将兵三千增援。契丹的散兵游骑不时出现在忻州城下，符彦卿与诸将列阵以待。大将史彦超带二十骑为前锋，遇到契丹，当即驰入阵内血战。李筠引兵跟进，一战，杀契丹二千人。史彦超恃勇轻进，穷追败寇，渐渐离开大军，契丹援军赶来，众寡不敌，为契丹所杀，李筠仅仅幸免于死。在契丹的反击中，周兵死伤甚众。符彦卿退保忻州，后来又引兵退还晋阳城外中军大营。
符彦卿一路等于败归。
大兵久围晋阳。多次从国内征调军卒民夫，东自怀州（今河南沁阳）、孟州（今河南孟县），西及蒲（今山西永济）、陕（今河南三门峡），来攻晋阳，几个月过去了，没有攻克。又有连绵不断的淫雨，征调而来的士兵大多生病，似有疫情蔓延。史彦超战死，符彦卿又退兵。
这一局面很像当年张敬达征讨石敬瑭。
大帝柴荣感到胜算不大，经过几个昼夜的思考，决计退兵。
公元954年六月，世宗拔营。
老将药元福对世宗说：“进军易，退军难啊！”
世宗道：“朕将这个断后的事全部交给你！”
药元福于是整顿将士排成谨严的战术队形，殿后，缓缓而退。北汉果然出兵追踪。药元福将其击退，保护了中军安全撤退。
但是大军回还还是太仓促，李谷千辛万苦征集而来的数十万（石、束）刍粮在城下，无法携带，全部焚弃。而军中有流言四起，相互惊扰，甚至有相互剽掠的事出现。军需辎重损失无法计算。最后所得到的北汉州郡刺史也都弃城逃跑。代州桑珪等人想跟从周师南退，又担心诬杀郑处谦事受军法处分；但已经背叛北汉，又不能再次投降北汉，于是据城自守。最后被北汉攻克。
经过小半年的战争，又回到了半年前的地缘态势。
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