行营军张从恩、安审琦等人，在相州城下倚河结阵，阻截辽军。皇甫遇率数千骑前出侦察，至邺县猝遇数万契丹军，且战且退，至榆林店，苦战半日，双方杀伤甚众。安审琦率军往救，契丹军见势回师北走，后晋军乘势转守为攻，石重贵再次命令杜重威与其余行营军，于定州汇合后统军北上。
杜重威率行营军北伐，连克泰州、满城、遂城等地，后闻耶律德光将率骑兵8万反攻将至，杜重威惧战，退守阳城。
契丹大军接踵而至，杜重威命晋军继续结阵南退，耶律德光以重兵围困晋军于阳城西南的白团卫村内，出奇兵断其粮道。
时北风大起，耶律德光令骑兵下马拔鹿角，变骑为步，冲入晋军营阵，短兵奋击，并纵火扬尘以助其势。杜重威犹豫不决，固守不出，幸赖晋将药元福、皇甫遇等率先领精骑从营寨西门突击，符彦卿等引万余骑继后横击，李守贞令步卒尽拔鹿角出击，契丹军未及上马，大败而逃，杜重威随后制止诸将追击，收军返回顺国。
此后，契丹军屡次入侵后晋北方边境，并在顺国境内大肆烧杀掳掠，但杜重威只是龟缩在恒州城内，对百姓见死不救。杜重威见顺国屡遭战祸，残破不堪，又害怕辽军卷土重来，因此多次请求回京任职，但因为顺国是抵御辽军的重镇，石重贵始终没有答应杜重威所请。
后来，杜重威无诏私自回京，以桑维翰为首的大臣都要求重处杜重威，然而石重贵不仅没有处罚杜重威，还将他调往邺城，领天雄军节度使。
幽州刺史赵延寿和瀛州刺史刘延祚，先后诈降，要求内附，请求晋廷出兵接应，石重贵不察真伪，即命杜重威为北面行营招讨使、李守贞为都监，集合北方诸道藩镇军，会师广晋，企图先取瀛、莫，安定关南，而后进取幽州。
此后，杜重威的一再请求增兵，石重贵又将禁军悉调隶其麾下。晋军到达瀛州城下，瀛洲城门大开，杜重威迟疑不敢前进，又闻契丹将高模翰已引兵潜出，遂遣偏将梁汉璋率2000骑追击，梁汉璋战败被杀。杜重威闻讯，退兵至武强，耶律德光乘势率大军沿易、定直趋恒州。
听闻耶律德光亲自南下，本欲继续南撤，但在张彦泽建议下，与其合兵，西进至恒州城下的滹沱河南岸。
河上的中渡桥，被契丹军占领，张彦泽遂率骑争夺，契丹军焚桥，两军夹河而阵，与恒州守军形成对契丹大军的南北夹击的之有利形势。行营转运使李谷曾劝杜重威与恒州守军相约举火为号，再招募敢死之士渡河，与恒州守军南北夹击契丹，契丹必然溃败，行营众将皆认为此计可行，但杜重威拒绝采纳，并将李谷调离大营。耶律德光遣别将萧翰等从他处渡河迂回晋军之后，抢占栾城，尽扼晋军粮道及退路。
晋廷收到杜重威请求増兵的书信，此时京师兵力已经枯竭，但石重贵仍将皇宫守卫的数百人悉数派往前线。
至此，大梁城内宿卫禁军，几乎全部派往前线，这使得京城中人心惶惶。晋军粮草将尽，行营军奉国都指挥使王清，自请率兵两千前出，为大军入守恒州开道。杜重威应允，并派行营步军左厢都指挥使宋彦筠与之同往，宋彦筠失利退回南岸，独留王清部于北岸列阵抵御契丹军。
然而，此时主帅杜重威心怀异志，怯懦惧战，不许大军继进，致使王清所部皆战死。随后契丹军于他处渡河，将晋军主力远远包围，晋军士气低迷，且与京城粮食消息完全断绝。杜重威以粮尽被围为由，与监军李守贞等合谋举军投降，耶律德光佯许立其为帝。杜重威遂胁迫行营将士出降，晋军将士听闻主将投降的决定后，都惊愕大哭。
耶律德光遂将杜重威麾下兵马，分出一半由契丹先锋赵延寿统帅，并收缴了归降晋军的马匹和武器，命杜重威领着手无寸铁的晋军降卒一起南下。杜重威亲自引耶律德光大军到恒州城下，劝降顺国节度使王周，王周遂献城投降。
一时间后晋诸镇望风而降，契丹军乘后晋后方空虚，挥师南下，直入大梁，晋帝石重贵奉表出降，后晋灭亡。
杜重威部奉命驻扎于大梁城外的陈桥，时值寒冬，契丹人并不供给晋军降卒衣物粮食，晋军士卒苦不堪言，耶律德光数次担心晋军降卒过多，想要杀俘，最后在赵延寿的劝谏下作罢。京都百姓亦受契丹劫掠之苦，见到杜重威出行，纷纷咒骂于道。
不久，有群盗截断澶州的浮桥，耶律德光担心其退路被截断，遂遣杜重威领军回到邺城。
耶律德光称帝，建国号大辽，改元大同，由于辽军的大肆劫掠和扣押藩镇节度使，激起中原百姓和藩镇军反抗的浪潮，刘知远看准时机，在太原称帝，建立了后汉政权，并沿用石敬瑭的年号，称天福十二年。
中原各地纷纷归附后汉，辽太宗耶律德光以“中原人难治”，回师北上，路过邺城时，杜重威更是携妻，亲自到大帐奉上礼物恭送其离开。
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