大臣们劝宋神宗不要这样做。宋神宗不听。他选帅的标准主要看忠诚度，会不会打仗倒在其次。
种谔立功心切，不等粮草备齐就领军出发。出境后，他挥军围攻西夏的米脂寨（陕西米脂）。夏军8万来救，被种谔力战击溃。种谔随后攻破米脂寨，取得西征的开门红。
王中正畏敌惧战，借口有雾逡巡不前。种谔跟他着不起那份急，上书宋神宗要求摆脱宦官的控制。宋神宗看在他立下首功的份上，答应了他。种谔于是率本部军直插西夏腹地，攻城拔寨打得非常痛快。
刘昌祚打得也非常好。他冒死攻破西夏险关，迅速向灵州挺进。部队进展非常快。当他们打到灵州的时候，灵州的城门都没有来及关。刘昌祚原本有机会冲进灵州，将灵州一举拿下。没想到落在后面的高遵裕贪功，强令刘昌祚必须等他带着主力部队赶到之后才能攻城。刘昌祚只能在城外围而不攻。
高遵裕终于姗姗来迟。灵州已经做好了固守的准备。高遵裕指挥本部军攻城，让刘昌祚率本部军去外围打援。他的意思很明显，你一边溜达去，这功劳是我的了。但是他也得有这本事才行。高遵裕攻城乏计，又缺少攻城装备，久攻不下，打成僵局。
李宪从河湟出兵，攻击前进直至兰州。他打下兰州后开始修城固守，不愿再继续前进。宋神宗不断催促，他才开始重拾攻势。
西夏在开战后节节败退。西夏太后收缩防线，坚壁清野。她一面固守，一面派兵袭扰宋军粮道。
当时种谔率领的先锋军已经打到盐州（陕西定边）。但是脱离大部队以后，先锋军变成一支孤军。孤军深入是很危险的事情。他没有多余的兵力押运粮草，保护粮道，致使补给线被夏兵切断。粮草和冬装运不上来，先锋军陷入饥寒交迫的境地。适逢大雪，将士冻饿而死十之二三。他的副将忍受不住，领军逃走。副将这一跑彻底动摇了军心。种谔的部队开始溃散逃走。种谔无计可施只得领着残兵退回米脂。
远远落在后面的王中正一看种谔退回来了，自己更不敢往前走了，也率主力部队退回境内。他一仗没打，但部队损失不比别人少。他一到晚上就下令灯火管制，防止敌军找到军营偷营劫寨，也不管士兵做没做熟饭。士兵天天吃夹生饭，晚上睡觉又不能生火取暖，很多人因为冷、饿生病。后来粮草耗尽，士兵饥寒交迫被折磨死了近两万人。
与此同时，宋军在灵州也惨遭失败。
灵州邻近黄河。西夏太后派人掘开黄河，水淹灵州城外的宋军。宋军猝不及防，淹死无数。夏军趁机反攻，大败宋军。高遵裕扔下辎重逃走，让刘昌祚断后。刘昌祚被人追着打，损失三分之二的兵力。
宋神宗得知灵州惨败夜不能寐，在寝殿走来走去，无法平复失望的情绪。
五路部队一下没了四路，西夏境内只剩李宪那一路。宋神宗知道西征失败已成定局，下令全线撤军。李宪于是率军返回兰州。
宋朝开国以来规模最大的一次军事行动以惨败收场。
宋神宗心情抑郁难以释怀，终于病倒。
他对西征抱着极大的热情与希望，谁承想竟然惨败而回。他多年训练的精兵损失殆尽。他多年的积蓄损失殆尽。唯一的收获仅仅是米脂和兰州两座城池。
来年，西夏纠集几十万人大举反攻，扬言要一直打进宋朝境内。
夏军包围了宋军刚修好的永乐城（在米脂西），切断了永乐城的粮道和水源。城内昼夜血战，击退了夏军一轮又一轮的进攻。但是城中没有水源，士兵渴死大半。最终永乐城被西夏攻陷，宋军全军覆没。
好在米脂在宋军手里，夏兵不敢深入宋境，劫掠之后撤兵而回。
沈括因为兵败被贬，从此失去从政的兴趣，开始专心科学研究和著书。他写的《梦溪笔谈》是古代科技史上的重要文献，可以说是一本百科全书，总结了宋朝之前的重大科学研究成果。
宋朝失去一个庸官却得到一个科学家，这倒不失为一件幸事。
宋军连败让宋神宗很是伤心。二十万大军灰飞烟灭，这是他怎么也无法接受的现实。宋神宗在朝堂之上说起西征竟然忍不住面对朝臣放声大哭。
他一向心怀大志，希望国家在他的治下富国强兵。他在位主要就干了两件事，变法和西征，结果都失败了。变法惹得朝野怨声载道，攒下的一点钱全祸祸在西征上面。而西征一败涂地。富国不成，强兵也不成，可以说一事无成。
宋神宗受到打击后一跌不振，健康也开始迅速恶化。
1085年，宋神宗郁郁而终。死时年仅38岁。