耶律休哥继续率部猛攻，这时宋军才发觉已被包围，又无法抵抗辽军的猛攻，只能纷纷后退。
耶律沙从后面追击，而休哥与斜轸两军也对宋军实行超越追击。
宋军大败，死者万余人，连夜南退，争道奔走，溃不成军。
赵光义与诸将走散，诸将也找不到各自的部下军士。
赵光义的近臣见形势危急，慌忙之中找了一辆驴车请赵光义乘坐；急速南逃。
耶律休哥时已受重伤，昏死过去，不能骑马，左右用轻车载着他，代他发号施令，继续追击。
辽军一直追到涿州城下，获得兵器、符印、粮草、货币不可胜计。
赵光义于七月初七日天明之后，已先到达涿州城外；当时宋军的败兵还没到。
他又绕过涿州城直奔金台屯，见诸军尚未到达，才敢停住“车驾”观望。
初九日，赵光义见诸军仍然未到，便使人往探；这才知道诸军仍在据守涿州，而且有策划立太祖子武功郡王德昭的事，于是急命崔翰往传诏命班师。
赵光义为防备契丹乘胜南侵，命殿前都虞侯崔翰与定武节度使孟玄喆屯兵定州，河阳节度使崔彦进屯兵关南，云州观察使刘廷翰为都钤辖与彰德节度使李汉琼屯兵镇州，以上诸军都由刘廷翰指挥并得便宜行事。
本来这样就可以了，可赵光义偏偏又授诸将阵图；命令他们如果契丹来犯，必须入图布阵，交代完之后，他才自金台屯南返，七月二十八日还至东京。
八月初二，赵光义行从征失律之罚，贬西京留守石守信为崇信军节度使；彰信军节度使刘遇为宿州观察使。
同时因为北征不利，连平太原之赏也免了。
当时很多人认为这样不行，皇子武功郡王赵德昭就上谏道：“当先行太原之赏，再行幽州失律之罚。”
宋太宗大怒，想起诸将在找不到自己时曾有意立他为帝，便道：“待汝自为天子，赏未晚也！”
赵德昭被逼无以自明，退回私舍之后拔剑自刎。
辽军既胜，亦行赏罚。以权知南京留守事韩德让，权南京马步军都指挥使耶律学古，知三司事刘弘，能安人心卫城池，并赐诏褒奖。
以前白马岭之败责耶律沙，又以此次击败宋军之功相抵。
耶律奚底遇敌而退，以剑背击之。乙室王撒合虽临阵退却，但部伍不乱，得到宽宥。冀王耶律敌烈战死白马岭，其麾下先逃遁者皆斩，都监以下杖背。然后聚宴诸将士，分别给予赏赐。
宋太宗以不正当的手段登上皇帝之位，免不了坊间民众之诟病。
为了弥补这些短板，他急于要创造几个辉煌。
灭亡北汉得骁将杨业确实堪称辉煌，可是不顾兵士疲劳攻打幽州；试图收复燕云十六周不能说不是一盘臭棋。
赵光义在太祖朝一直是东京汴梁府尹——首都市长，长于行政，短于军事。
想要凭借灭北汉的余威一举收复燕云故地，重建华夏北方的国防线，并进一步恢复中原政权领导四夷的地位；这种进取心无可非议是好的。
然而好的动机并不一定带来好的结果，宋军在高梁河以惨败收场可不是时运不济那么简单。
赵光义被攻克太原的胜利冲昏了头脑，对辽军的实力及其拥有大量骑兵的情况估计不足，在部队疲困交加的形势下，仓促出兵，企图以突然的行动、优势的兵力数量，一举袭取幽州地区。这种轻率鲁莽、侥幸取胜的投机举动，最后遭到失败乃是情理中事。