957年，两军在紫金山展开决战。
赵匡胤首先出战，击破后唐先锋营，切断后唐陆军与水军的联络。柴荣随即大军压上，进攻紫金山后唐援军，歼灭一万多人。后唐水军得知仓皇撤退。后周水陆两军追杀，歼灭将近四万人。
赵匡胤拎着南唐援军将领的脑袋来到寿州城下，告诉他们援军已经完了，你们还是投降吧。
寿州守将刘仁赡绝望了，一病不起。他的部下向后周献城投降。
柴荣率军横扫淮河两岸，先后攻克濠州（安徽滁州凤阳县）、泗州（安徽宿州泗县）等地，重新占领扬州、泰州，一直杀到长江。
当时江北只有四个州还没有沦陷。南唐李璟割让整个江北向柴荣求和。
柴荣本想一气打过长江灭了后唐，但顾忌后蜀和北汉、辽国趁虚而入，决定暂且放后唐一马，接受南唐求和
后唐遭此大劫，地盘和实力大损，由一个大国强国变成一个小国弱国。
柴荣摆平南唐回来又开始张罗着伐蜀。他先礼后兵，令人去后蜀劝降。
后蜀拒绝投降，派兵六万据守各个路口。
后周试探性进攻后蜀，派出一支二百人的小部队偷袭后蜀的归安镇（陕西安康北），结果全军覆没。
柴荣担忧蜀道艰险易守难攻，在后蜀有了准备的前提下偷袭难以得手，强攻伤亡太大，于是改变主意去打辽国。辽国对后周的威胁比后蜀更大。
柴荣秘密修复了沧州到瀛洲（河北任丘）、莫州（河北河间）的水路。
959年，柴荣秘密率兵北上，不惊动沿途州县，直奔辽国边境。
后周军如天降神兵。宁州（天津静海）毫无防备，只得望风而降。柴荣拿下宁州后未作任何停留，兵分水陆两路向西急进。辽国的益津关（河北霸州）、瓦桥关（河北雄县）先后向柴荣投降。
柴荣将益津关和瓦桥关更名为霸州和雄州。
拿下霸州和雄州，燕云十六州中的两州瀛州（河北任丘）和莫州（河北河间）被分割出来。
孤立无援的瀛、莫两州在后周军杀到时献城投降。
柴荣派人在安阳水（北京永定河）造桥，准备进攻幽州。
时任辽国皇帝人称“睡王”，“荒耽于酒，朝政不视”，每天就是喝酒睡觉，不理朝政。后周军势如破竹攻入辽境让睡王睡不着了。他派人骑快马去北汉，让他的侄皇帝出兵袭击后周边境，阻扰后周军继续北进。
柴荣跨过安阳水进入幽州境内。辽人纷纷逃出幽州，留守幽州的汉族将领已准备献城投降。就在这个节骨眼上，柴荣突然病倒了。
史书没提柴荣得了什么病。佛教史《历代佛祖通载》说柴荣“病背痈糜溃”，就是后背长了个大疮，溃烂感染。
佛家这么说是原因的。柴荣几年前禁佛，下令拆毁寺院遣散僧众，将铜铸的佛像熔化了铸钱。有人害怕销毁佛像会遭报应。柴荣认为佛家报应之说不过是唬人之谈，亲自动手砸出第一锤，把铜像胸部砸出一个大洞。佛家说柴荣“病背痈糜溃”就是遭了佛祖的报应。
不过佛家的史书不能太当真，多是无稽之谈。
柴荣得病后不能理事。军中无主，只得班师回朝。
柴荣回京不久去世，死时还不到40岁。
柴荣在位时间很短，但很有作为。史书称之为“神武雄略，乃一代之英主也”。柴荣文修武备，有“小太宗”（李世民）之称。
柴荣生前有个愿望，“以十年开拓天下，十年养百姓，十年致太平”。可惜天妒英才，只给他五年时间。
柴荣死后，他的七岁儿子继位。