南唐与后周战事没有随着后周柴荣的回京而有所缓和，南唐二次求和，皆以失败告终，南唐朝廷，尔虞我诈，勾心斗角，前线也相应的节节败退。
7月21日，周世宗下令在淮南地区大赦，废除南唐的苛捐杂役，如果有什么不利于百姓生产作业的，可以直接上报当地的后周长官。
后周侍卫步军都指挥使、彰信节度使李继勋在寿州城南扎营，被南唐将领刘仁赡偷袭，数百名士兵被杀，攻城器具被焚。
南唐驾部员外郎朱元因为上疏阐述关于用兵方略的事情，被李璟委派去收复江北各州。很快，朱元就率军攻取了舒州，后周舒州刺史郭令图弃城逃跑。此外南唐将领李平还攻取了蕲州。李璟任命朱元为舒州团练使，李平为蕲州刺史。朱元没过多久又攻取了和州。
以前南唐控制了百姓的茶盐贸易，并且强征百姓的粮食和帛，并称之为“博征”，在淮南地区大搞军田，当地百姓苦不堪言。后周军队来了，当地百姓争着用牛羊和酒肉劳军，但是后周军没有拿当地百姓当回事，失望的百姓们在山里和湖边建立堡垒自守，以农具为兵器，厚纸做铠甲，时人称之为“白甲军”。后周军前去讨伐，却屡屡失败，而之前攻下来的南唐诸州，大部分都被夺了回去。
南唐的援兵在紫金山驻扎，和寿春城中的南唐军遥相呼应。淮南节度使向训请求调集广陵的兵力猛攻寿春，攻下来之后再考虑别的事情。该计划得到了周世宗的批准。向训把扬州的府库打开，里面的钱财分发给了扬州的各路主要官员，但前提条件是不许拿百姓的任何东西。扬州百姓对此感到很高兴，等后周军回来的时候，扬州百姓夹道欢迎，并送给军队自己家中所储备的食物。后周滁州的守将也弃城而去，协助其他部队合力攻打寿春城。
南唐军的各路将领请求占据有利地形迎战后周军队，却遭到了宋齐丘的抵制。宋齐丘下令让各路将领守好各自的城池，不得擅自出击。寿春的局势开始不被南唐军所控制。李景达的部队驻扎在濠州，和寿州城遥相呼应，但是军政事务全都被陈觉控制着，李景达只能签个字。明明有五万人的军队却毫无战意，而军队当中的将士长官都很怕陈觉，没有一个敢抗议的。当年9月，后周殿前都指挥使、义成节度使张永德在下蔡镇屯兵，南唐将领林仁肇从水陆两侧支援寿春城。张永德率军阻击，林仁肇在船里填满了易燃的木头，准备顺江而下烧毁浮桥，结果风向大变，火船被吹回了南唐军阵，南唐军因此败退。张永德在距离浮桥十几步的江面上架起了绵延千余尺的铁网，南唐军由此无法靠近浮桥。
进入冬天，当年11月，李重进上奏南唐军袭击盛唐，被后周铁骑都指挥使王彦升率军击溃，阵斩三千余人。
11月28日，张永德上奏称在下蔡再次击败南唐军。当天南唐水军大举进攻，张永德让后周军中善于游泳的士兵在南唐军的船上系上铁锁，然后后周军大举进攻，南唐军的船只无法动弹，淹死者不计其数。张永德在战后把自己的金腰带解下来送给了那群善于游泳的士兵。
11月30日，赵匡胤被任命为定国节度使，兼任殿前都指挥使。赵匡胤同时申请让渭州军事判官赵普担任自己的节度推官。
后周军包围寿春城很长时间了，但一直攻不下来，城中的粮食也快吃光了。南唐齐王李景达从濠州派遣应援使、永安节度使许文稹，督军使边镐，以及北面招讨使朱元等率军数万，沿着淮河逆流而上，前往支援寿春。这批南唐军在紫金山驻扎，十余个城寨像串联起来的珍珠一样，和城内的守军遥相呼应；城外的南唐军又向寿春城的方向挖地道，准备向寿春城里的守军运送粮食，但是这个隧道要挖几十里地。南唐军快要开到寿春城的时候，李重进对其发起了攻击，南唐军大败，阵亡五千人，并丢掉了两个军寨。2月21日，李重进将战果上报。22日，周世宗下诏称下个月继续视察淮河前线。
刘仁赡请求让边镐守濠州城，自己率领军队出城和后周军决战，该建议被李景达否决。刘仁赡不久之后就气得生了病。刘仁赡的小儿子刘崇谏准备趁晚上渡过淮河投靠后周，被南唐的小军官抓获，刘仁赡不顾他人劝阻，依军令将刘崇谏腰斩。
后周军内认为南唐援兵还很强大，很多参谋都请求罢兵，周世宗也对此犹豫不决。李谷此时卧病在床，3月12日，周世宗派遣范质和王溥去和李谷进行对策商讨，李谷称：“寿春马上就可以攻下来了，这个时候只需要陛下亲征就行了！”周世宗听罢很高兴。
紫金山之战
3月20日，周世宗任命王朴担任东京留守，兼管开封府；以三司使张美担任大内都巡检，侍卫都虞候韩通担任京城内外都巡检。21日，周世宗自大梁出发。先前后周和南唐在水上作战的时候屡屡受挫，对此周世宗一直怀恨在心。从寿春返回后，周世宗在大梁城西侧的汴河造了数百艘的战舰，让南唐降将教习水战。几个月后，水战的局势开始完全被后周军所掌控。后来右骁卫大将军王环率领水军从闵河出发，沿着颍河进入淮河，令驻守在当地的南唐军感到惊恐。
3月31日，周世宗抵达下蔡。4月4日晚上，周世宗渡过淮河，抵达寿春城下。5日早晨，周世宗所部驻扎在紫金山南侧，赵匡胤被任命为为先锋，对南唐军的先锋寨和紫金山北的一处军寨发动攻击，全部得胜，阵斩三千余人。南唐军还没挖成的甬道也被后周军截断，南唐军前后不能相救。到了当天晚上，周世宗分兵把守各个刚刚攻占的军寨，自己则返回了下蔡。
南唐军朱元自恃有功，不听李景达的调度。而陈觉和朱元之间关系并不好，每次都会上书称朱元为人反复无常，不可以带兵。听信谗言的李璟派遣武昌节度使杨守忠替代朱元的职位。杨守忠抵达了濠州之后，陈觉假借李景达的命令，把朱元召到濠州“商议军事”，准备借机夺其兵权。朱元听说此事后非常生气，甚至准备自杀，朱元的门客宋洎制止了他，并成功劝说朱元举全寨上万人投降后周。朱元的裨将时厚卿不愿意投降，被朱元杀掉。
周世宗考虑到南唐军应该会沿着淮河向东溃逃，于是派虎捷左厢都指挥使赵晁率领数千水兵在淮河上顺流而下。4月7日，周世宗在赵步驻军，各路将领围攻南唐紫金山寨并获得成功，南唐军被阵斩上万人，许文稹、边镐、杨守忠等将领全部被活捉。南唐军残部果然顺着淮河向东逃窜，周世宗亲自率领数百骑兵沿着淮河北岸追击，其他将领沿着淮河南岸追击，水军则在淮河上发起追击，南唐军战死、淹死以及投降的总共四万余人，后周军缴获的战船和粮食、兵器都是数以十万计。当天傍晚，周世宗赶到了荆山洪，此地已经距离出发地赵步有二百余里的距离了。当天晚上，周世宗在镇淮军下榻，第二天随从官员才赶到镇淮军。刘仁赡听说援兵被后周军击溃后扼腕叹息。4月9日，周世宗命令附近县的丁夫数千人给镇淮军筑城，总共建了两座城，淮河南北两岸各一个。下蔡的浮桥被挪到了这里，被用来扼守濠州和寿州援兵的来路。此时的淮河正在涨水，南唐濠州都监郭廷谓逆流而上，准备发动偷袭焚毁浮桥，结果被右龙武统军赵匡赞发现，在其必经之路上伏击南唐军，并获得胜利。
南唐齐王李景达和陈觉从濠州跑回了金陵城，只有静江节度使陈德诚部全军而退。
4月13日，淮南节度使向训被任命为武宁节度使，兼任淮南道行营都监，所部驻扎在镇淮军。
4月14日，周世宗从镇淮军返回下蔡。15日，周世宗给了刘仁赡一封诏书，投降与否由他自己决定。
李璟向大臣们咨询自己是否应该亲征来抵御后周军，中书舍人乔匡舜认为这样不行，结果被李璟以扰乱军心为名流放到了抚州。李璟改问神卫统军朱匡业和刘存忠，朱匡业用一句诗回答：“时来天地皆同力，运去英雄不自由。”而刘存忠也表示同意。李璟一怒之下把朱匡业贬为抚州副使，刘存忠被流放到了饶州。而李璟最后也没有踏出金陵城半步。
4月19日，周世宗在寿州城北列阵，向城内守军展示兵力。南唐守将、清淮节度使兼侍中刘仁赡已经病得不认人了。21日，南唐监军使周廷构、营田副使孙羽等人以刘仁赡的名义出城投降。22日，周世宗赐给刘仁赡诏书，派遣阖门使张保续进城宣读诏书。刘仁赡的儿子刘崇让出门接受诏书并谢罪。23日，正式的受降仪式在寿春城北进行，周廷构等人把刘仁赡用担架抬出城参加仪式。刘仁赡卧病不起，周世宗在慰问并赏赐财物后，让刘仁赡回去接着养病。
25日，寿州的治所被从寿春城转移到了下蔡，寿州境内死罪以下全部被赦免。州民有听从南唐指令上山反抗后周的，诏令其回家务农，过去的事情既往不咎，如果在此期间有所杀伤也不再追究。以往的政令如果有不便于百姓生产作业的，全部上报寿州治所。26日，任命刘仁赡为天平节度使，兼任中书令。当天，刘仁赡去世，追赠彭城郡主。李璟在得知刘仁赡去世后，也追赠太师。周世宗为了纪念刘仁赡的气节，将清淮军改名为忠正军，并任命右羽林统军杨信担任忠正节度使、同平章事。同时下令将寿州粮仓打开，赈济灾民。
5月1日，周世宗返回北方，并于14日返回大梁。
5月29日，南唐投降后周的士兵被归入新组建的怀德军中。
6月11日，赵匡胤被任命为义成节度使。
