大中祥符九年(公元1016年)八月宋朝和李立遵集团之间的大战终于爆发了，李立遵率领马波叱腊、魚角蝉各部人马三万余人大举入侵，并散布消息声称“某日下秦州会食”，企图激怒宋军出击。曹玮不慌不忙按兵不动，当听到吐蕃人已经越过了毕利城，曹玮随即带领秦州驻泊钤辖高继忠、驻泊都监王怀信和精骑六千渡过渭河迎战，当月二十四日宋军在伏羌寨三都谷(即汉之射虎谷,今甘谷散渡河谷)等待敌军的到来。很快探马传来消息敌军已经靠近，曹玮不加理会不慌不忙继续悠闲的用餐，直到探马报告吐蕃人距离只有几里之遥时，才披上铠甲出城列队。两军遭遇，吐蕃虽然兵马众多但装备简陋，器甲较少，且各部受李立遵驱使士气不高，而宋军训练有素，装备精良，以逸待劳具有很强的战斗力。故此曹玮决定在气势上先要压倒对手，他看到敌军分为三队，一名蕃僧正在前方布阵，就问部下：“我军谁最擅射?”部下们回答：“当然是李超。”曹玮立即召来李超手指蕃僧说道：“你能取其性命吗?”神箭手李超自信的说道：“凭借您太保的神威，只要五十名骑兵护送我到敌人近前，一定可以得手。”曹玮马上拨出一百名精锐骑士给李超并说道：“如不能得手，提头来见。”勇士李超立即带领骑兵飞一般冲向敌阵，眼看将近，那一百名骑兵突然向两侧分开，中间李超飞马而出，只一箭那蕃僧就应弦而倒。吐蕃人见指挥布阵的人中了箭不由大乱，吹起号子想要撤退。曹玮一见得手，岂能让敌人跑掉，他自领精骑绕到吐蕃人阵后登上高坡指挥宋军前后夹击，大宋官兵擂响战鼓，喊杀震天，经过数合角斗，李立遵部被击溃。宋军追击了二十余里，斩首千级，活捉七人，次日巡视战场发现树林里的受伤和掉落悬崖而死的敌人将近万人，吐蕃军死伤惨重，而宋方损失微乎其微仅阵亡六十七人，负伤一百六十人，同时宋军缴获马牛、杂畜、衣服、器仗三万三千计。三都谷之战以宋朝取得大胜而告终，战后曹玮因为其战功由“引进使领英州团练使”提拔为“客省使领康州防御使”。
