最后，西夏军队猛攻宋军驻守的山坡。由于宋军人数太少，刘平、石元孙被俘。后来由于宋将许德怀偷袭元昊得手，西夏军队才被迫撤离宋朝境内，延州之围才得以缓解。
三川口之战中，虽然宋朝成功抵御西夏军队的入侵，但是损失太多，而且宋朝甘陕青宁边境的防御也处于被动地位。
好水川之战
三川口之战以后，宋仁宗深感西夏强盛，下令封夏竦为陕西略安抚使，韩琦、范仲淹为副使，共同负责迎战西夏的事务。康定二年（1041年）二月，西夏景宗元昊再次率领十万大军大举南下攻宋，把主力埋伏在好水川口，另一部分攻打怀远（今宁夏西吉东部），声称要攻打渭州（今甘肃平凉），诱宋军深入。但由于当时宋朝有足智多谋的范仲淹在，所以西夏军队不敢轻举妄动。但是，韩琦不听范仲淹劝阻，固执己见，派环庆副都署任福率军五万余人，自镇戎军（今宁夏固原）抵羊隆城（今宁夏固原西南部），出夏之后，伺机破西夏，殊不知西夏伏兵正等着他们。任福率军到达怀远城，正遇上镇戎军西路巡检常鼎与西夏军队战于张义堡南，杀死几千西夏军队，西夏也不断增援。任福军赶到当地支援，于是夏军佯败，任福中计，随尾追击。宋军由于长途追击，粮草不继，人困马乏，已是十分疲惫。追至好水川，遇元昊的西夏军队主力伏击，宋军溃败，任福等大将战死，几乎全军覆灭。
好水川之战，宋朝再度失败。宋仁宗闻知后震怒，贬韩琦、范仲淹。
定川寨之战
范仲淹等人被贬谪以后，西夏又开始商议攻宋大计。宋仁宗庆历二年（1042年），李元昊谋臣张元向景宗皇帝献计。张元认为，宋朝的精兵良将全部都聚集在宋夏边境地区，而宋朝关中地区的军事力量却十分薄弱，如果西夏大军牵制宋朝边境地区的军队，使宋朝无暇估计关中地区，然后即可派一支劲旅乘机直捣关中平原，攻占长安（今陕西西安）。元昊采纳了张元的建议，派遣10万大军兵分两路大规模进攻宋朝。一路从刘燔堡（今宁夏隆德）出击，一路从彭阳城（今宁夏固原东南部）出发向渭州发动攻击。宋将王沿闻知急忙派葛怀敏等人率军增援刘燔堡，宋军在定川寨（今宁夏固原西北部）陷入西夏军队的重围，宋军大败，葛怀敏等15员将领战死，宋军九千余人近全军覆灭。但西夏另一路遇到宋朝原州（今甘肃镇原）知州景泰的顽强阻击，西夏士兵全军覆灭。西夏景宗李元昊直捣关中的美梦就此破灭。
庆历和议
北宋宝元二年（1040年）三月西夏景宗元昊进攻宋朝起，相继发生了三川口、好水川、定川寨等三次大规模战役，都以宋军失败而告终。虽宋在屡败之余扬言要重整决战，但实际上想与西夏握手言和。西夏虽屡胜但均系惨胜，但所掠夺所获却抵偿不住战争中的消耗，与先前依照和约及通过宋夏民间贸易所的的物资相比，实在是得不偿失。此外，由于西夏景宗元昊好大喜功，四处征战，国库空空如也、民间贸易中断后，西夏物价上涨，百姓十分困苦，四处怨声载道以及西夏与辽国出现矛盾等各种原因，使西夏不得不与宋和谈，因此，西夏天授礼法延祚五年（1042年）六月，元昊派遣西夏皇族李文贵前往宋朝京城东京议和，宋仁宗表示愿意接受西夏议和建议，并将谈判的全权交给太师庞籍。双方自第二年开始进行正式谈判。
宋仁宗庆历四年（1044年），北宋与西夏达成协议。和约规定：西夏向宋称臣并取消帝号，元昊接受宋的封号，称夏国主；宋夏战争中双方所掳掠的将校、士兵、民户不再归还对方；从此以后，如双方边境的人逃往对方领土，都不能派兵追击，双方互相归还逃人；宋夏战争中西夏所占领的宋朝领土以及其他边境蕃汉居住地全部归属宋朝，双方可在自己疆土上自建城堡；宋朝每年赐给西夏银5万两，绢13万匹，茶2万斤；另外，每年还要在各种节日赐给西夏银2.2万两，绢2.3万匹，茶1万斤。宋仁宗同意了元昊所提出的要求，于是宋夏正式达成和议，史称“庆历和议”。1045年，大宋应元昊请求，在边境设置贸易市场，恢复了贸易往来。
常人往往把公元1044年西夏与宋朝缔结和平条约作为宋夏战争的结束，而在真实的历史中，那纸和约不过是一个短暂的休止符而已。西夏开国君主元昊病逝后，宋夏之间维持了20年和平，宋英宗治平元年（1064年），西夏攻略庆州，在大顺城被宋军击败，宋夏战争再起