赵光义率军从镇州出发，六月十九日到金台屯，二十三日到幽州城南，驻扎在宝光寺。
此时，辽军方面，幽州城内有韩德让和耶律学古，城北有耶律奚底和萧讨古，更北靠西的得胜口有耶律斜轸；宋军方面，皇帝御驾亲征。
宋军先锋东西班指挥使傅潜、孔守正巡哨城北，在沙河遇到辽军，与之大战，耶律奚底、萧讨古战败，逃。耶律斜轸没有救援，而是伪装作收容逃兵的态势迷惑宋军，在宝光寺的赵光义，听探马来报，认为辽军现在没有准备好（收容败军，往往会扰乱本来阵容建制，不利作战），立马派军追击。
六月二十六日，赵光义亲临幽州城北，先是率军击退清沙河的耶律斜轸部，而后于六月三十日开始继续攻城。
在此过程中，赵光义近臣找到一辆驴车，拉着赵光义一路南逃，仅用不到一日的时间，跑到了金台屯（来的时候，从金台屯到幽州用了五天时间），令其他退军难以望其项背，因此得了“高粱河车神”的绰号。
沙梁河之战，赵光义两次没有探明军情的情况下，轻率追击，两次败北。此一战，让中原王朝军民开始对比方契丹产生畏惧心理，成为宋辽关系的转折点，在以后宋辽相处的过程中，宋方始终处于下风。
