面对朝臣的保守谏言，赵炅胸有成竹、力排众议，精准研判当下战局差异：“今者事同而势异，彼弱而我强。昔先帝破此敌，徙其人而空其地者，正为今日事也。朕计决矣，卿等勿复言。”
在赵炅看来，昔日太祖征伐，北汉国力尚在、民心未散、根基稳固；如今北汉历经数十年消耗，早已疲弊不堪、内外空虚，而大宋统一南方之后，兵力、财力、物力远超从前，强弱之势已然彻底逆转。先帝当年迁徙北汉百姓、掏空河东地力，正是为今日一举灭汉铺路。此番论断一出，朝堂无人再谏，北伐北汉大计彻底敲定。
决策既定，赵炅即刻调兵遣将、排布战局：以宣徽南院使潘美为北路都招讨使，统领主力大军先行北上，分兵围攻汾州、沁州、岚州等太原外围州县，斩断北汉羽翼、扫清外围屏障，随后四路大军合围太原孤城。同时命崔彦进、李汉琼、曹翰、刘遇四员猛将，分别猛攻太原东、南、西、北四面城墙，四面合围、昼夜猛攻，不留丝毫喘息之机。
太平兴国四年二月，赵炅身着戎装、御驾亲征，率十万精锐禁军北上，大宋北伐兵力总计超十万之众，声势浩大、兵锋鼎盛。
三月，战局率先于外围取得突破。宋军大将郭进率军扼守石岭关天险，大败前来驰援北汉的数万辽军精锐，一举截断辽军南下通道，彻底断绝了北汉最后的外部援军，太原孤城就此陷入彻底孤立无援的绝境。随后宋军又截获北汉送往辽朝的蜡书密使，搜出北汉国主苦苦求援的密信，将使者押至太原城下当众示众。城中军民得知外援断绝、举国孤立无援，军心士气瞬间崩盘，守城意志彻底瓦解。
自春入夏，宋军围城数月、昼夜不息猛攻，矢石如雨、战鼓不绝，太原城城墙屡遭重创，城内粮草匮乏、士卒疲惫、百姓惶恐，早已濒临崩溃绝境，再也无力支撑长久固守。
四月，为鼓舞全军士气、速战速决，赵炅亲赴太原城下临阵督战。史载其“躬擐甲胄，蒙犯矢石，指挥戎旅”，帝王亲自披挂战甲、置身箭雨石火之间，靠前调度三军、指挥攻城。左右侍从、近身臣僚唯恐帝王遇险，纷纷叩首劝谏其退居后方、安守御帐。赵炅慨然回应：“将士争效命于锋镝之下，朕岂忍坐观！”
帝王与士卒同甘共苦、共赴矢石的赤诚，极大振奋了全军军心。宋军将士人人感奋、士气暴涨，人人争先、舍死攻城，攻城之势锐不可当。
五月初一，太原城外防御屏障羊马城率先被宋军攻破，城防体系彻底破损。五月初三，北汉核心将领、马步军都指挥使郭万超见大势已去，不愿负隅顽抗、徒增伤亡，率部出城投降，北汉军力彻底溃散。
五月初五，赵炅亲临太原城南督战，严命诸将全力急攻。宋军将士怒势冲天、蜂拥登城、前仆后继，攻城之势已然无法遏制。赵炅深知太原城固守已久，军民积怨颇深，唯恐破城之后，愤怒的宋军大肆屠戮、血洗城池、伤及无辜百姓。为保全城中生灵、安稳河东民心，他当即下令鸣金收兵、暂缓攻城，亲自草拟劝降诏书，遣使入城晓谕刘继元，许其归降保命、保全宗族富贵，勒令其速速出降。
当夜，走投无路的北汉国主刘继元，即刻派遣客省使李勋奉降表出城请降。赵炅见降表大喜，随即派遣通事舍人薛文宝持天子诏书入城安抚、接管城防、安定民心。
次日清晨，五月初六，刘继元率北汉文武百官，身着素服、头戴纱帽，至城楼下待罪请降。赵炅大度释怀、既往不咎，下旨赦免刘继元君臣所有罪责，召其登城抚慰、温言安抚，予以善待。
至此，北汉全境平定，河东一军、十州、四十一县尽数纳入大宋版图。自唐末藩镇割据、五代更迭百年分裂以来的中原割据乱象，终于彻底终结，大宋完成了真正意义上的中原大一统。
鉴于太原自建城以来，地势险要、龙气汇聚，自古便是割据称王、抗拒中原王朝的军事重镇，历代藩镇多据此地割据叛乱、抗衡中央，是乱世祸乱之源。为彻底根除割据隐患、杜绝后世再凭太原作乱，赵炅下诏拆毁太原旧城、平毁龙城壁垒，瓦解其千年军事割据根基，彻底消除河东割据隐患。