979年(北宋太平兴国四年)五月，宋太宗灭北汉之后，欲乘胜收复燕云十六州之地，于六月顺道从镇州(今河北正定)北上击辽，结果未能如愿，大败而归。
当时的宋辽两国边界线，东段在今河北境内，西段在今山西境内。今山西境内是沿今恒山、雁门山、云中山、芦芽山一线为界，其北部即为辽国统治。辽国常常派兵南下袭扰，今太原及其以北的忻州、代县等地，首当其冲。为阻御辽军，宋太宗又授杨业知代州(治今代县)。杨业在辽军可能出入的要道修建边寨，到年底，建成阳武寨(今原平市西南)、崞寨(今原平市崞阳镇)、西陉寨(今原平市西北)、茹越寨(今繁峙南)、胡谷寨(今代县东北)、大石寨(今应县南)等6寨，加强了防御阵地。
980年(太平兴国五年)三月，辽国皇帝景宗耶律贤，亲率骑兵10万余人进犯雁门。当时杨业所部军队，仅有代州一州的厢军(地方军)和数千禁军(屯驻的中央军)。面对10倍以上的敌人，杨业沉着冷静，充分依托有利地形，给进犯之敌以沉重打击。雁门山峡谷险峻狭窄，两侧为悬崖峭壁，在长达几十里的山谷中，10余万骑兵驰进困难。
据此，杨业命部将董思源等率兵阻断峡谷南口，自己亲率数百精骑，自西陉(雁门关峡谷西侧，傍西陉山)绕出雁门关北口，向在峡谷中行进的辽军后军发起突袭。辽军根本没有料到宋军会在这里出现，顿时惊乱，首尾不能相顾，自相践踏，溃不成军，大败而逃。此役，杨业“出奇制胜”，取得“以少胜众”的巨大胜利，给辽军以沉重打击。之后，杨业又在要地增修楼板寨(今原平市西南)、土墱寨(今原平市北)、石趺寨(今原平市西)等，边防更为巩固。
982年(太平兴国七年)五月，辽又分兵东、西、中3路入侵，其东、西两路分别在今河北、陕西境内，中路仍在雁门。入侵雁门的辽军又被杨业率所部打败，杨业屡败辽军，智勇双全，被誉为“杨无敌”。
986年(北宋雍熙三年)正月，宋太宗采纳大臣意见，乘辽国圣宗帝年仅12岁即位不久，太后萧氏专国政之机，出兵北伐，以图收复燕云十六州之地，宋军分为东、中、西3路，先后出动，向北进击。其中西路命潘美为云(今大同市)、应(今应县)、朔(今朔州市)、代等州都部署，杨业为副，王侁为都监，刘文裕为护军，兵力数万人。于二月出雁门关，宋军连续攻克寰、朔、应、云诸州后，各派兵防守，杨业率部还屯代州(今代县)，潘美率部东进，准备与中路宋军会师。
东路由于宋军被辽军大败，死伤数万人。宋太宗急诏潘美和杨业迁云、应、朔、寰4州居民及吐浑部族南下，分置河东(今太原)、京西(今河南郑州)等地。潘美、杨业正组织居民南迁未已。辽军占领寰州，兵锋正盛。杨业据此情况，认为不可与辽军死战硬拼，但潘美、王侁等却主张大张旗鼓与辽兵对抗，攻打寰州，掩护四州居民内迁，反对杨业的意见，并斥责杨业怯懦畏敌，诬其阴怀异志。在被威逼诬责之下，杨业不得不率兵北上攻打寰州。
杨业深知此行必败无疑，仍想尽量减少损失，求侥幸于万一，出战之前特别约定潘美、王侁等在陈家谷口(今宁武阳方口陈家沟)两侧布置步兵强驽，待杨业转战到此地时，以两侧步兵夹击辽军，加以援救接应。杨业孤军从代州出雁门，北攻寰州。在途中与耶律斜轸所领辽兵相遇。辽军四面攻击，杨业奋力杀敌，其八子延玉战死，淄州刺史王贵和岳州刺史贺怀浦亦战死。杨业突出重围，退至狼牙村(今朔州市南)，又被辽军追至。杨业苦战终日，于黄昏时仅与百余战士退至陈家谷口。
潘美、王侁等在杨业出发后，按约定陈兵于陈家谷口，等到近午，尚无杨业战况消息。派人登上托逻台远望，无所见，以为辽军已被杨业打败。王侁想争功受赏，即率其本部擅自脱离大队去抢夺破辽之功。潘美身为主帅，不加约束，随后也带主力撤走。王侁等率军沿交河西南行20余里，得知杨业兵败，惊恐之下，挥军逃走。杨业到陈家谷口，见无兵接应，拊胸大恸!乃与余众竭力奋战，身被数十创，士卒死伤殆尽，遂为辽军所俘。杨业受重伤被俘后，不屈绝食，三日而死。宋廷闻知杨业被俘殉国的消息，举朝震动。宋太宗封其子杨延朗等五人官。主帅潘美降三级留用，王侁、刘文裕充军。
宋军北伐以先胜后败而结束。此后，北宋王朝对辽战争完全陷于被动，再也无力收复燕云地区。