宋太祖与赵普确定了“先易后难”、“先南后北”的统一方略以后，并非机械地加以执行，而是根据实际情况的变化加以调整，即在按既定方略首先进行用兵后蜀的准备同时，也密切关注南方其他割据政权的动向，寻找合适的时机与突破口。建隆三年（962年）十月，割据湖南十四州的周行逢病死，十一岁的周保权（周行逢之子）继任武平节度使之位。衡州刺史张文表乘机发动兵变，占领潭州（今湖南长沙），威逼朗州（今湖南常德）。周保权为求自保，决定向宋廷求援，以征讨张文表。于是宋太祖趁势定下假途灭虢，袭占荆、湖之计。
原来此时盘踞荆南的割据势力内部也发生了变故。五代后梁时，高季平割据今湖北西部一带，拥有荆州（今属湖北）、归州（今湖北秭归）、峡州（今湖北宜昌）三州之地，被封为南平节度使，定都江陵城（今湖北荆州）。因高氏居于江汉一隅，势单力弱，故一直对中原王朝俯首称臣。宋太祖登基后，其统治者高保融即“一岁之间三入贡”。建隆元年（960年）八月，高保融死，其弟高保勖继位，于次年向宋进贡礼物，被宋朝封为南平节度使。后来高保勖病死，高保融之子高继冲即位。
而湖南地区，在五代初年由马殷建立楚国，后被南唐所灭。楚之旧将周行逢等起兵击退南唐军队，占据湖南地区。但因内部统治不稳，周行逢也向中原王朝称臣，被周世宗封为武平节度使。宋朝建立后，封周行逢为中书令。周氏虽臣服于中原王朝，并未列于十国之中，但仍是个称雄一方的割据政权。此时张文表发难，气焰高涨，周保权惧怕不敌，便急忙向宋朝求救，不料前门拒狼，后门进虎，最终被请来的救兵所灭。
是年底，周保权的求援文书送到开封，此时宋太祖派去荆南吊唁高保勖之死的使者卢怀忠也回转京城，报告说荆南有兵马不过三万，且吏治腐败，横征暴敛，民不聊生，今其人向南交通湖南，东面拒绝江南，西面受后蜀逼迫，北面臣服中原，其势很易得手。早有吞并荆湖之意的宋太祖认为荆南弹丸之地，四面受敌，“今日假道其地，顺便灭之，无不成功矣”，便一口答应周保权之请，于乾德元年（963年）正月，派遣镇守襄州（今湖北襄樊）的山南东道节度使慕容延钊为湖南道行营前军都部署，以当年幕府谋士、枢密副使李处耘为都监，率领十州之兵，以助周保权讨张文表为名，借道荆南进入湖南，欲效仿春秋时期著名的假途虞国以灭虢国，然后于回军时顺便灭掉虞国之方略，以一箭双雕之手段，一举攻灭荆、湖这两个割据政权。
宋军从襄州南下不久，李处耘立即派使者向高继冲借道，并传天子之诏书，让荆南发水军300人协助宋军一同南下潭州。但高继冲即位后，借口年幼不知国事，将所有政务全部交给臣僚处理。此时得知宋军欲借道的消息后，这些臣僚也看出了宋军的意图，但却是议论纷纷，莫衷一是。一些将领主张武力抗拒，在荆门（今属湖北）道路险隘之处布设伏兵，等宋军经过时发动夜袭，只要将其击败，宋军就会知难而退。但更多的官员为保自身地位和财富，竭力劝说高继冲接受宋军的借道要求，更有个别人甚至对高继冲表示，宋朝统一天下已是大势所趋，要高继冲放弃不自量力的抵抗打算。高继冲无可奈何，也深知单凭荆南之力，根本不能与强大的宋军相抗，故只好答应宋军的要求，并派自己的叔父高保寅前去宋营犒军，并侦察宋军的意图。
二月九日，满携酒肉的高保寅来到距离江陵百余里之外的荆门，与宋军相遇，因统帅慕容延钊带病出征，故都监李处耘殷勤接待了高保寅等一行，诉说宋军此来仅为借道而已，并留荆南使臣在军营中歇息。高保寅等人大喜，急忙飞骑回报高继冲不用担忧。当晚，慕容延钊设宴为高保寅等人接风，却暗遣李处耘率数千轻骑星夜南下，直趋江陵。高继冲正等待高保寅的进一步消息，忽然闻听宋军已来到城外，束手无策，只得惶恐出迎，在城北十五里遇见李处耘。李处耘与他稍事寒暄，便让他在原地等候慕容延钊大军到来，自己则率兵疾速从北门进入城内，迅速抢占城中要点，布列街巷。等在城外的高继冲随慕容延钊入城，眼见宋军已完全控制江陵城，无力回天，只得请降，献上印信和图籍。宋军就这样以借道为名，乘高继冲犹豫观望之机，以迅雷不及掩耳之势，兵不血刃、波澜不惊地灭了荆南割据政权，获得荆南3州17县和民众14万多户。此后，高继冲率家人入京觐见天子，被改封为武宁节度使，居住徐州近10年后去世，终年31岁。
宋军占领江陵后，随即调集荆南兵马万余人，和宋军一起向湖南境内迅速进发。此时，周保权的部将杨师瑶已攻入潭州，张文表被杀，反叛宣告平定。于是周保权赶忙遣使臣请宋朝止兵。但请神容易送神难，志在必得的宋军岂肯空手而返，仍按原计划继续南下。周保权大惧，急召臣僚商议。有人认为张文表已死，而宋军依然南下，其意图已不容怀疑，而湖南以荆南为北门，现在高继冲不战而降，唇已亡齿必寒，仅依靠湖南军马，势难抵御，故而主张迎降，以保一方平安，而周氏家族也不失富贵。但张从富等将领力主抵抗，并派兵严守关隘，破坏路桥，沉船塞河，以阻止宋军入湖南，并迫使宋军先锋将丁德裕知难而退。丁德裕把情况上报天子，等待下一步指示。于是宋太祖再遣使臣前来劝降周保权道：“汝请王师来援，我所以发大军前来救汝急难，今叛逆既灭，是我有大功于汝，汝为何反拒王师，自取灭亡，并连累百姓遭殃？”这话说得颇为强词夺理，以势压人，自然被对方所拒绝。
既然不能不战而屈人，宋军便在慕容延钊的指挥下，兵分两路，水陆并进。二月底，宋军水师从江陵沿着长江东下岳州（今湖南岳阳），在三江口（今湖南岳阳北）大败湖南兵，缴获战船700艘，歼敌4000余人，并乘胜占领了岳州城。三月初，陆路宋军由李处耘率先锋前行，慕容延钊统大军随后，出澧州（今湖南澧县），直指朗州。张从富率湖南兵在澧州城南阻截，但两军尚未交锋，湖南兵已望风而溃。宋军紧追不舍，俘获颇众。李处耘为恐吓敌人，就挑选了数十个身体肥胖的俘虏，处死烹煮后，当着其他俘虏之面分给众士兵吃，并在一部分年轻力壮的俘虏脸上刺字，然后把他们全部放回朗州。次日，被放回者进入朗州后，将所见所闻一说，守城的士兵大骇，便纵火焚城，驱迫居民与自己一起弃城逃入深山中。十日，宋军乘势长驱直入，占领朗州，张从富逃至西山下，被宋军擒杀；周保权逃入佛寺躲藏，被宋军搜出当了俘虏。湖南周氏政权遂亡，宋朝又获得14州1监16县土地。
当时，四散溃逃的湖南士卒不断四出骚扰宋军，曾一度逼近朗州城。宋太祖为稳定在荆、湖地区的统治，就下诏大赦荆南、朗州、潭州等地，免除湖南茶税及无名赋税，免去荆南地区夏税之半，诏荆南兵中愿意归农者便放归田里等，由此渐渐控制了局势。此后，周保权率全家入京觐见，被授为右千牛卫大将军。
因荆、湖地区处于长江中游要冲，东临南唐，西接后蜀，南靠南汉，战略地位重要。攻占荆、湖，使宋朝势力伸入到长江以南地区，并有效地割裂江南诸国尤其是后蜀与南唐之间的东西联络，为此后宋军入川灭蜀，进兵南汉和东灭南唐，进行各个击破创造了有利条件。又平定荆、湖之战，是宋太祖统一战争中的第一仗，初战告捷，极大地振奋了宋军斗志，而大大削弱了江南诸国的士气。
不过，荆、湖之捷，并未给统帅宋军的慕容延钊、李处耘带来多少好处。由于宋太祖正在大力整顿禁军军纪，而当时驻扎各州之军的军纪本不太好，尤其是慕容延钊帐下的亲兵校官，更往往仗势犯法犯禁，侵扰百姓。监军的李处耘作为天子心腹，临事专断，招来了主将慕容延钊的不满。而李处耘屡次严厉惩处犯法犯禁的军士，也让慕容延钊感到颇失面子。于是在别人的挑动下，两位主将之间势同水火，不断向天子弹劾对方。是年九月，宋太祖因为慕容延钊是宿将，赦其过失，而只处罚李处耘，李处耘由宣徽南院使兼枢密副使被贬责为淄州刺史。慕容延钊虽然未被天子处罚，但他带病出征，极大地损害了他的健康，所以在统军占领荆、湖的当年闰十二月，便病逝了。而据《宋史》等文献记载，受到天子严惩的李处耘，“亦恐惧不敢自明”，这“亦恐惧不敢自明”七字十分奇怪。因宋太祖本人即非常痛恨士卒侵扰百姓的行为，现在，曾为昔日赵匡胤幕府的重要谋士、在陈桥兵变中立有汗马功劳的李处耘，奉着天子的尚方宝剑前来监军，处理犯禁士卒实是其本分之事，虽然宋太祖看在过去的情分上赦免慕容延钊之过错，但似乎也不该唯独处罚李处耘，并使他“恐惧不敢自明”，这其中定有蹊跷。对这里面的原因，由于未见更多史料记载，难以确指，但根据一些散见的史料推测，恐怕与赵普有一定关系。
李处耘、赵普曾同在赵匡胤幕府，而且李处耘的资历比赵普更老，由于赵普更得赵匡胤的宠信，所以赵普的权重位高，由此可能引起两人间的不和。至此，李处耘监军平荆南、湖南地，一举成功，其功厥伟，宋太祖很可能因此拜他为相，这当使得甚恋权位的赵普颇为不快，故进谗言而引起天子的震怒，不赏其功，反而给予其严惩。在此背景下，李处耘当然是“恐惧不敢自明”了。联系到赵匡胤的另一位幕府重要谋士吕馀庆，在赵普为相期间，被排除在中枢机构之外多年，待赵普罢相后才被宋太祖召入中枢这一点上看，上述的这种可能性还是很大的。