最后，五路宋军由于缺乏统一指挥，各军不能互相协调，再加上自然条 件的限制，进攻西夏没能取得大的战果，各军陆续回撤。
西夏经过修整后，重新组织兵力，准备反攻。他们把兵力集结在金汤堡
（今陕西志丹西北），作为南进的前哨。为了解除敌人的威胁，沈括决定夺 取金汤。他采用声东击西的作战方针，派大将曲珍领兵二万，故意“泄露” 出要进攻西夏的葭芦寨。西夏果然中计，把兵力调向葭芦寨方向以图拦截宋 军。曲珍率军突然折行，直指敌人守备空虚的金汤寨，金汤守将措手不及， 慌忙迎战，被杀得大败，宋军随后占领了金汤寨。
金汤寨得胜后，沈括决意扩大战果，“真正”夺取葭芦寨。这次他用了
“暗渡陈仓”之计，他派曲珍带兵虚张声势，佯装正面进攻；另派李议率精 兵采取迂围包抄战术，连夜渡河从侧面袭击敌寨。寨中夏军还在睡梦中，被 四面喊杀声惊醒，随即溃散；负责正面防守的部队急忙来救援，与宋军混战。 这时曲珍从正面合力进攻，很快击溃了敌军，占领了葭芦寨。
鄜延路宋军在沈括的指挥下，连战连捷，多次夺寨斩将，收复了大片土 地，在已占领的地方筑垒派兵，并招募流亡的农民耕种荒芜已久的田地，增 强了西北的边防力量。因此，沈括多次受到朝廷的嘉奖。
为了朝廷以后能顺利出兵，知己知彼，元丰五年（1082年）五月，沈括 根据自己的实际侦察和对双方作战形势的估计，编写成《边略》一文，记述 了西夏边界上的防卫布署情况及地形，并且分析了未来的边地形势，上呈宋 神宗作为决策参考。在绘制 《边略》中的地图时，沈括作了大量地理地貌考 察，并研究了宋夏之间以往的战争，发现西夏之所以能常常进犯而且进退自 如，在于他们占据了有利地形，而宋军则处在一种防卫不利的局面，能否改 变这一局面是能否解决边患的一个重要因素。同时他发现，夏州西南的乌延 地势险要，而且土地肥沃、物产丰富，下瞰平原、背倚山界，是要冲之地， 所以他和种谔联名写了一道请筑乌延城的奏章。因为事关重大，种谔为此特 地进京向宋神宗当面陈述他们的看法，建议先筑银州城、再筑乌延城、然后 修筑夏州城，这样在整个边界地区就形成鼎足之势，进可以攻，退可以守。
宋神宗看了奏章，又听了种谔的陈述，认为很有道理，于是派大臣徐禧 和李舜举前往鄜延审议。徐禧为人向来自大，这回奉圣旨赴边更是目中无人， 为了把功劳揽在自己的身上，他抢在种谔之前赶到了鄜延，并匆匆成立了一 个计议边事所，主管修筑城堡之事。经过了一番浮光掠影般的观察，徐禧否 定了沈括、种谔关于建立银州—一乌延城——夏州的防卫措施，主张修筑城 防于永乐。然而实际上，永乐地方在米脂寨西一百五十里，距银州城二十五 里，北倚高山，南临无定河，三面都是悬崖峭壁，虽然地势险要，但属于绝 境，战时易被围困，败则无路可退，无论战守两个方面都没有大的军事价值。
沈括不同意这种方案，无奈徐禧处处摆着“钦差大臣”的架子，揽大权 于一身，根本不听沈括的意见。三个月后，沈括只得附和了徐禧的主张，徐 禧上奏神宗，说“已经和沈括商定了，先筑永乐城。”同意筑永乐城，是沈 括的一个严重错误，后来永乐惨败的祸根，就是在这时埋下的。
种谔从京师回到鄜延，听说不在乌延筑城而改筑永乐城，立即向徐禧提 出异议，说到：“如果在永乐筑城，战则必败。”徐禧本来就对种谔的刚正 不阿不满，见到他又来阻止自己“立功”，就威胁道：“你敢对钦差胡言乱 语，说不吉利的话，就不怕死吗？”“如果兵败，我自当以死报国；反对你 的主张，也不过一死，死又有何惧！”徐禧威胁不成，也就没有办法，于是 向宋神宗上奏，说种谔自做主张，不听调遣。宋神宗听信了他的一面之辞， 就下诏令种谔留守延州；徐禧、李舜举主持修筑永乐城；沈括将经略府移至 边界，负责接济军用。
永乐城自元丰五年八月十五日动土，至九月六日正式筑成。徐禧洋洋得 意，准备邀功请赏。不料刚过了四天，西夏就以三十万兵力围攻永乐城，以 图拔掉这根钉子。由于事先没能料到敌人会出兵这么多，故宋军没有做好充 分地准备；沈括带兵试图解围，也没能成功；种谔则在延州带领四千军兵， 抵抗着另一路敌兵的进攻。前面我们说过，永乐城地势险要，但城内没有水 源，全靠无定河提供。西夏军在攻城未果的情况下，夺取了无定河水寨，切 断了宋军的水源，士兵干渴难忍，甚至绞马粪以求能挤出一丁点水来润喉。 九月二十日夜间，天降大雨，守城将士急忙承接甘霖，不料西夏军也乘此时 加紧攻城。这时，宋军已经过了十二天的血战苦守，战斗力大大减弱，到了 半夜永乐城失陷了。
后来据宋朝官方公布，这一仗官兵阵亡达一万二千多人，丧失军马一万 匹，军用物资损失无数。徐禧、李舜举也在乱军中被杀。宋神宗闻此消息， 心中悲伤以至流泪，几天不进饮食。永乐之败的原因，主要是钦差徐禧主观 自大，争功心切；而永乐城又是孤寨前伸，水源缺乏，离给养基地也相当远， 这两个因素是永乐惨败的主要原因。但是，沈括作为鄜延路的“帅司”，从 定议筑城到城陷兵败，他都是要负一定责任的，况且徐禧已死，故永兵之败 的第十天，宋神宗就下诏贬谪沈括，让沈括到均州（今湖北十堰东）任团练 副使。
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