慶曆元年(1041年)正月，韓琦接到西夏軍侵襲渭州(今甘肅平涼一帶)的戰報。他立即派大將任福率軍出擊。西夏軍受挫撤退，任福下令急追。直追至西夏境六盤山麓，卻在好水川口遇伏被圍。任福等十六名將領英勇陣亡，士卒慘死一萬餘人。韓琦大敗而返，半路碰上數千名死者的家屬。他們哭喊著親人的姓名，祈禱亡魂能跟著韓帥歸來。韓琦駐馬掩泣，痛悔不迭。
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范仲淹的戰略防御，並非單純或消極的防守措施。他初至延州，便全面檢閱軍旅，並實行了認真的裁汰和改編。他從士兵和低階軍官中提拔了一批猛將，由當地居民間選錄了不少民兵，又開展了嚴格的軍事訓練，按軍階低高先後出陣的機械臨陣體制，也被他取締，改為根據敵情選擇戰將的應變戰術。在防禦工事方面，他採納種世衡的建議，先在延北築城，後來又在宋夏交戰地帶，構築堡寨。對沿邊少數民族居民，則誠心團結，慷慨優惠，嚴立賞罰公約。這樣，鹿延、環慶、涇原等路邊防線上，漸漸屹立起一道堅固的屏障。
慶曆二年(1042年)三月的一天，范仲淹密令長子純佑和蕃將趙明，率兵偷襲西夏軍，奪回了慶州西北的馬鋪寨。他本人，又隨後引軍出發。諸將誰也不知道這次行動的目的。當部隊快要深入西夏軍防地時，他突然發令，就地動工築城。建築工具事先已經備好，只用了十天，便築起一座新城。這便是鍥入宋夏夾界間那座著名的孤城——大順城。西夏不甘失利，派兵來攻，卻發現宋軍以大順城為中心，已構成堡寨呼應的堅固戰略體系。
從大順城返回慶州的途中，范仲淹覺得如釋重負。頭年，在延州派種世衡築青澗城，東北邊防已趨穩定。西夏軍中私相戒議的話，也傳到他的耳朵裡。他們說“不能輕易攻取延州了，如今小范老子胸中有數萬甲兵，不似大範老子那般好對付”。當前慶州北部的邊防，也大體接近鞏固。只是他自己的身體，卻感到十分疲乏。
范仲淹還採取了一些辦法來提高軍隊的戰鬥力。宋朝皇帝的詔旨中曾規定了各級將領統率軍隊的數目，若遇敵侵犯，地位低的軍官就帶軍隊先行出陣抵禦。范仲淹說，“戰將不選擇適當的人，只以官階高低作為出陣先後的標準，這是自取失敗的辦法”，於是，他認真檢閱了延州的軍隊，淘汰了一批怯懦無能的將校，選拔了一批經過戰火考驗的有才幹的人代替他們。他又淘汰老弱，選擇18000名合格士兵，把他們分成6部，讓每個將領統率3千人，分別予以訓練，改變了過去兵將不相識的狀況，臨戰時根據敵軍多寡，調遣他們輪流出陣抗敵。
范仲淹又積極召募士兵。因為原來守邊的大都是從內地調來的已經腐化的禁軍，這批人既不耐勞苦，又因久戌思鄉，鬥志不高，而從本地人民中召募士兵，熟悉山川道路，強悍敢戰，又因保衛家鄉，鬥志較強。精練士卒，提高了軍隊的戰鬥力。此外，范仲淹能以身作則，將士沒喝上水他從不說渴，將士沒吃上飯他從不叫餓，朝廷賞賜給他的金帛都分發給將士。范仲淹賞罰分明，獎勵勇猛殺敵的士兵，提拔重用立功的將領，對剋扣軍餉的貪汙分子則當眾斬首，毫不留情。這樣，在范仲淹的率領下，西北軍中湧現出許多像狄青、種世衡那樣有勇有謀的將領，又訓練出一批強悍敢戰的士兵，直到北宋末年，這支軍隊仍是宋朝的一支勁旅。
在範、韓等人苦心經營下，邊境局勢大為改觀。這時，西夏國內出現了各種危機，西夏軍將領中間，也矛盾重重。至慶曆二年以後，邊界自西夏向宋朝投誠的人，已陸續不斷。宋夏兩國的百姓，都希望儘快停止軍事行動。雙方議和的使節，也開始秘密往返於興慶府(今銀川市)與汴梁之間。慶曆四年（1044年）雙方正式達成和議。宋夏重新恢復了和平，西北局勢得以轉危為安。