因李谷之退,南唐军内部在是否追击问题上出现了分歧。寿州守将刘仁瞻认为“周师奸谋,恐其设伏”,故主张“养锐以俟其隙”,但率军来援的刘彦贞却是个少长富贵、莫知兵法、不经战斗、多喜虚誉之人,因而执意追击敌人至正阳时,后周的李重进已先至,所以刘彦贞之军还没来得及吃饭就与后周军发生战斗李重进率优势兵力很快便击溃南唐军,除张作约领一小部分败军逃到寿州外,其余基本被歼,后周军“斩彦贞,生擒咸师朗等,斩首万余级,伏尸三十里,收军资器械三十余万。”并造成南唐江淮间的混乱,“时江淮宁久,民不知兵,大军既败,莫不惶怖,诸郡无备,皆弃城而北。”后周由此打开通往南唐江淮之地的大门。
显德三年正月,刘彦贞正阳之败后,后周军即对寿州展开围攻。周军“围之数重,以方舟载炮自淝河中流击其城,又束竹数十竿,上施版屋,号为竹龙,载甲士以攻之,又决其水寨入淝河,攻之百端”。得宜于坚固的城防与刘仁瞻的善守,后周军一直未能攻下此城。至五、六月间,江淮梅雨到来,“淫雨弥旬,周后营寨水深数尺,淮淝暴涨,炮舟竹龙皆漂南岸,为唐后所焚,周兵多死。”在这种不利情形下,周世宗被迫暂缓对南唐进攻,六月戊戌领兵北返,但留李重进等围寿州。
周军在江淮间兵力的削弱,给南唐以喘息之机。显德三年七月,南唐开始在一些地区展开反攻,夺下舒、和、蕲等州,而后周又主动放弃扬、泰,向寿州集结。这是一次非常有利的各个击破敌人的时机,南唐诸将请邀险隘击之,但在南唐政府中地位、影响都很大的宋齐丘却认为“如此,则怨益深。乃命诸将各自保守,勿得擅出击周兵”。故各路后周军得以安全到达寿州,“由是寿州之围益急。”为解寿州之围,南唐齐王景达率军五万援寿州,这时双方主力都聚集在寿州附近,因而决战之时亦已到来,在此战之初,南唐对后周展开了一些攻击,但掌握南唐援军军政的监军陈觉却秉承宋齐丘不与后周构怨政策,没有同后周决战的决心。故而南唐未能利用后周军在淮南兵力暂时削弱的大好时机,主动发动全面攻击,如此,双方在对峙中相处了半年之久,直至显德四年二月,周世宗再次南下征讨南唐。
显德四年三月,周世宗至寿州,立刻对营于紫金山(位于寿州南)的南唐援寿之军展开进攻,第一天就“连破数寨,斩获数千,断其来路,贼军首尾不相救”。在后周军的巨大军事压力下,加上南唐军内部不和,“监军使陈觉与朱元有私隙,召元之濠州讲事,且欲害之,元不往,觉因奏元不受节制,元宗遣杨守衷代元,且召还都,元愤怒,以其众降周。”朱元率所部万余人举寨降后周,不但削弱了南唐军的实力,而且破坏了南唐在寿州以南紫金山上的部置。后周抓住这一有利时机,不待南唐军作出相应的调整,在朱元降后立即发动攻击,击溃紫金山上的数万南唐军,生擒南唐大将许文缜、边镐等。由于周世宗事前已料到南唐败军将沿淮东逃,并派赵晃将水军数千沿淮而下作好准备,结果南唐军东逃失败,“战溺死及降者殆四万人。”彻底粉碎南唐解寿州之围的企图。自显德三年正月后周围攻寿州至此,已有一年多的时间,援军既败,而其主将刘仁瞻又病重,就更削弱了守军的斗志,同月丙午,寿州降,后周最终取得了淮南之役中具有决定性意义的胜利。
