三川口大败后，宋廷在中央也追究责任，罢张士逊的相位，以吕夷简接任，同时，宋廷又命韩琦为陕西安抚使，协助总统西北防御的陕西经略安抚使夏竦。又任范仲淹为陕西都转运使。由于先前与宰相吕夷简不和，范仲淹被斥为“引用朋党”，贬为饶州、越州等地为官。正是韩琦力荐，他才得以被重新起用担当大任。不久后，宋廷又下诏任韩琦和范仲淹同为陕西经略安抚副使，韩琦主管泾原路，范仲淹主管鄜延路。
当时，天下太平，武备不修，边防弛废，将帅乏人，而且，当时的戍边军事指挥机制也成问题。北宋设枢密院和中书省，并称“二府”，由枢密院主管军务，由中书执掌政务，政务与军务严重脱节，同时，宋初以来，皇帝严格控制用兵之权，每有战事需要出征，都是皇帝“以阵图授诸将”，且实行内廷监军制度，将帅可便宜处之的余地很小。直到康定元年晏殊、宋绶等入主枢密院，晏殊、富弼等“请令宰相兼领枢密院”，要求仁宗允许参知政事与枢密使同议边事，废除内廷监军制度，情况才有所改观。
范仲淹一到任，首先改变御敌策略。之前敌军来攻，宋军总是以最小的武将先出御。对此，范仲淹深恶痛绝，“将不择人，以官为序，取败之道也”。他大阅州兵，简选一万八千精锐，“分六将领之，日夜训练，量贼众寡，使更（轮流）出御。”如此，既通过了战斗练将，又达到了实战练兵。西夏人知道新来的范仲淹不好对付，相互诫道：“今小范老子（范仲淹）腹中自有数万甲兵，不比大范老子（范雍）可欺也！”范仲淹还跟人四处修建防御堡垒，并建鄜城为康定军，加强抵御西夏的军力。
康定元年（1040）十月，元昊又连下乾沟、乾福、赵福三大军事据点，咄咄逼人。韩琦马上命令时任环庆副总管的任福率兵七千，夜行军七十里，突袭白豹城，击败驻守的西夏士兵，“焚其积聚而还”，予西夏人以震慑；鄜州判官种世衡也审时度势，急率军赶赴踞延州东北二百里外的宽州，筑垒营墙，起清涧城，“右可固延安之势，左可致河东之粟，北可图银（州）夏（州）之旧。”
庆历元年（1041），鉴于元昊攻势转剧，宋仁宗遣使向主持西北军政要务的夏竦问计，夏竦派副使韩琦和判官尹洙诣阙入对，呈上攻守两个方案，任凭宋仁宋选取其一。宋仁宗当时32岁，认定要对西夏展开攻势。他不顾朝中大臣的反对，“诏鄜延、泾原（两路）会兵，期以正月进讨。”范仲淹上奏，认为正月塞外大寒，应该慎重行事。宋仁宗点头，下诏让西北诸师“应机乘便”，择时向西夏进攻。
进攻还是防守，韩琦与范仲淹各执己见，且各有各的道理。范仲淹认为，“战者危事，当自谨守以观其变，未可轻兵深入！”主张防守；韩琦认为，如果一味固守，将士必无进取锐志。而且，元昊“倾国入寇，不过四五万（军士），老弱妇女，举族而行。吾（守军）逐路重兵自守，势力分弱，故遇敌不支。若大军并出，鼓行而前，乘敌骄惰，破之必矣！今中外不究此故，此乃待贼（西夏）太过。屯二十万重兵，只守界壕，中夏（华夏）之弱，自古未有！”韩琦派尹洙亲至延州见范仲淹，范仲淹坚持己见，认为防守乃最上之策。尹洙叹道：“公于此不及韩公也。韩公言：‘大凡用兵，当置胜败于度外。’”范仲淹不听。
宋朝边地主师，范雍、夏竦、韩琦、范仲淹，皆是儒臣出身，“不能身当行阵，为士卒先”，但宋朝立国以来的国策就是在最大程度上限制武将权力，矫枉过正，使狄青等有勇有谋的能将总是处于接受命令的“鹰犬”地位，缺乏大战中能身临前线、知兵知将的军事统师。当然，韩琦、范仲淹绝非怯懦文士，二人胆识皆备，但时兮命兮，造化弄人。
庆历元年（1041）三月，正当韩琦巡事军务走到高平，元昊派军进攻渭州的消息忽然传来，兵逼怀远城。韩琦闻报，马上驰至镇武戒军（今宁夏固原），尽出其兵，又招募勇士一万八千余人，交予环庆副总管任福统领，以耿傅为参谋长，泾原都监桑怿为先锋，“朱观、武英、王珪各以所部从（任福）”。
韩琦在任福出发前交代得一清二楚：自怀远城经得胜寨（今宁夏西吉东南）直趋羊牧隆城（今宁夏西吉西北），出敌之后对西夏军发动攻击。各堡垒相距才四十里，道路便利，辎重在近，审时度势，能打就打，不能打就“据险置伏，要其归路。”韩琦所述，足见其成竹于胸，文韬武略，确实不同凡响。“及行，诫之至再。又移檄申约，苟违节度，虽有功，亦斩！”
公元1041年阴历二月二十二日，宋将任福率轻骑数千先发，直趁怀远捺龙川（今宁夏固原彭堡），与镇戎西路的两位宋将合军，在张宗堡以南大败西夏部队，斩首数百。“敌弃马羊、囊驼，佯北（败），桑怿引骑趋之，（任）福踵其后”。刺探情报的宋军尖兵来报，声言西夏兵很少，任福等人顿失警戒之心。宋将武英认为西夏兵可能潜伏，诸将不听。傍晚时分，任福与桑怿合军，在好水川（今宁夏隆德）屯军。朱观、武英也屯军于五里以外的笼络川（今宁夏西吉东南），相约“明日会兵川口，必使夏人匹骑无还。”其实，元昊率十万大军，已经沿瓦亭川南下，在好水川、姚家川西侧的谷口设下埋伏，先前西夏“败军”，就是引宋兵深入的“诱饵”。
“路既远，粮饷不继，士马乏食者三日。”轻装奔袭未带足够的粮草，宋军人困马乏，沿好水川西行，出六盘山下，在距羊牧隆城五里的地方，忽然发现已经列阵严待的夏军。“诸将方知堕敌计，势不可留，遂前格战。”前锋桑怿发现道中有数个封闭紧严的银色泥盒，其中有跳跃扑腾之声，“疑莫敢发”。任福赶到，桑怿请示后才敢启开泥盒，“乃是哨家鸽万余，自中起，盘旋军上，于是夏兵四起”。这种以信鸽当诱引让对方上当自己开启以充进攻号令的缺德伎俩，实乃元昊原创，前无古人，后无来者。
虽知中伏，宋军并未气馁，桑怿首先跃马冲阵，想给任福争取时间布阵。西夏部队毕竟是等候多时，准备严密，立刻派出铁骑轮番突阵，冲荡多时，终于把宋军阵形冲乱。宋军见势不妙，众将校还算稳重，各自指挥部众分头冲杀，想占据有利地形制敌。突然，山上忽然树起西夏创制的命旗鲍老旗，左挥，左边伏兵起，右挥，右边伏兵起，西夏的埋伏军士皆凭高而下，“自山背下击”，宋军士卒多被杀或堕下山崖摔死。先锋任怿等人首先战死；同时，西夏又分数千精兵断绝宋军退路，形成合围之势。任福力战，身中十余箭，仍挥四刃铁简，挺身决斗。其属下小校劝他乘间突围，任福表示：“吾为大将，兵败，以死报国尔！”最后，西夏兵涌上，乱战中一枪直贯其颊。任福知大势已去，抽刀自刎。双方合战时，宋将王珪自羊牧隆城引四千四军驰援，在宋将朱观的军阵西侧布阵，并屡屡身先士卒，荡突敌阵，但西夏兵多，“阵坚不可破”，知道大势已去，王珪东望再拜以示必死之心，然后“复入战，杀数十百人，鞭铁挠曲，手掌尽裂，奋击自若”，三次换马，击杀数十成百的西夏兵，最后眼睛中箭而死。“敌后益至，官军大溃，”宋将武英、赵津等人相继英勇战死，“士卒死者（一）万三百人。”诸路宋军，惟朱观一部率千余人退保于民垣，凭掩护向四处射箭击敌，恰值日暮，西夏兵引退。此次战役，宋军前后损失任福等多名大将，士卒死伤七万多，消息传出，“关右大震。”
任福、王珪诸人，皆是以禁卫军官起家的大将，“好水川之败，诸将力战以死。噫，趋利以违节度，固失计矣；然乘义不屈，庶已烈士者哉！”史官之论，确实公允。宋廷对阵亡将官各有赠谥，抚恤甚厚。
追究责任，韩琦先上书自劾。夏竦派人收拾宋军尸体，在任福的衣装中得到韩琦嘱诫诸将的公文，上表称好水川之役失败责任不在韩琦，“犹夺一官，知秦州，寻复之”。韩琦回军路上，阵亡将士家属数千人遮马嚎哭，抛散纸钱，向空中哀诉：“你们先前跟从韩招讨出征，现在韩招讨回来了，你们都死了，希望你们的亡灵也能跟韩招讨一起回来！”哀恸之声震动天地，韩琦本人“掩泣驻马不能进。”范仲淹闻此，也叹惜道：“此情此景，再难置胜负于度外！”
西夏军大胜后，元昊的军师张元看见好水川内遍布的宋军尸体，大喜。他趾高气扬地在界上寺墙壁上题诗一首：“夏竦何曾耸，韩琦未足奇。满川龙虎辇，犹自说兵机。”自得之意，溢于言表，并在诗后题言：“西夏）太师、尚书令、兼中书令张元随大驾至此。”