王韶、李憲二人有了分歧，又難于說服對方。最後只好折衷處理︰各率一路，各依其計而行。王韶于是率銳師繞開河州，直襲定羌城，出其不意全力攻打結河羌，切斷西夏通道，繼而命偏將進入南山要沖。李憲則率所部在河州城外督兵力戰。早在李憲巡視西北之前，趙頊曾賜給他一面黃旗，旗上御書七個大字︰「用命破賊者倍賞。」
李憲深知西北將士心向王韶，隨己而征的人斗志不盛。于是，他出征前手執黃旗立于軍營門口，號令三軍將士說道︰「此旗是天子所賜，眾將士望旗而戰，即如天子親臨督戰，敢不用命！」將士們果然精神振奮，爭呼誓死向前。李憲又督促眾將士將傍山建造的所有營帳燒掉，以表示死戰之決心。
他隨即率軍開赴河州前線，與瞎征所部在河州城下展開了慘烈的白刃戰。這一仗，殺得天昏地暗，雙方折損極為慘重。李憲又生一計，命部將抄後路燒毀了木征等人的氈帳時，羌人這才人心大散，紛紛逃往踏白城死守。李憲順勢揮師，大破敵軍，一舉攻取踏白，並進至余川，連破十余座城垣堡寨，木征見大勢已去，于是率殘部到宋營投降。
河州之役的勝利，猶如給趙頊注射了一支興奮劑。滿朝文武也大事慶賀，李憲以功加昭宣使、嘉州防御使。他回京師後，升為內侍省押班、皇城司事，都是令人側目的恩寵。李憲深知朝臣對他擔任西疆帥臣頗為不滿，為博取趙頊的寵信，不給朝臣抨擊他的口實，他決心在西北邊疆建功立業。
趙頊于是安排李憲仍回泰安邊疆，計議秦鳳、熙河諸路邊事，並嚴令泰安諸將皆听從李憲節度。御史中丞鄧潤甫，以及御史周尹、蔡承禧、彭汝礪等人紛紛上疏，認為「西羌之禍害小，任用李憲之禍害大;李憲無功禍害小，李憲有功禍害大」，極力反對李憲法主持泰安軍務，但因趙頊對李憲恩寵有加，極為信任，還是維持原命，詔令李憲赴泰安就任。
熙寧九年五月，羌酋隆吉卜等率眾擾邊，羌人降將瞎征請求帶兵征討，以報宋朝不殺之恩。李憲部將都認為不能答應，唯恐瞎征有詐。但李憲卻支持瞎征，說道︰「這又有何不可？羌人天性畏懼貴人。瞎征本為貴人，當能取勝。」認為大可不必如此拘謹。當此關頭，如果朝廷對瞎征將信將疑，反而會加深他對朝廷的貳心，不如因勢利導，給他一個報恩的機會。于是他力排眾議，派瞎征帶兵征討。
瞎征盛裝出征，與隆吉卜所部對面列開兵馬。隆吉卜手下都是臨時湊集起來的散兵游勇，見到瞎征如此威風，先自沒了斗志。瞎征揮戈掩殺，李憲的後續部隊也乘機而上，于是大獲全勝，酋首隆吉卜也戰死于亂軍之中。這一仗是李憲重返西北的第一次大捷。不久，另一支由董氈率領的吐蕃軍隊也迫于宋朝神威，前來歸順。消息傳到京師，趙頊自然恩寵倍至，加封李憲為宣州觀察使、宣
政使、入內副都知，後又遷為宣慶使。
當時，由于朝廷對西夏連年用兵，國家財政頗為吃緊。糧餉軍需物資往往匱乏不繼，朝臣對此早有不滿。趙頊又詔命李憲兼管熙河、秦鳳兩路財政。李憲受命，果斷裁減了十分之六的冗費開支，使得西北財政頓時緩解，可謂經制有方。同時，李憲為了討好趙頊，每年將西山的巨大木材源源不斷地運往京師，供趙頊營修宮殿。為此，趙頊專門在京師瑞皮坊賜給他一座華麗的園宅。
西夏李秉常被囚之後，國內一片混亂。西夏保泰統軍禹藏花麻以李秉常罹遭囚禁為名，敦請宋朝發兵進攻梁太後。宋朝認為這是對西夏用兵的難得機會，于是趙頊御筆親書伐夏之命，準備發動五路大軍進攻西夏，李憲不僅參與其事，而且被任命為五路統帥，掌有節制諸路之重權。
再說孫固听了趙頊的話之後，怒道︰「伐夏大事，卻讓一個閹人為主帥，將士們果真肯听命嗎？」趙頊一听，怒容滿面，非常不悅。孫固知道不便繼續勸諫，隨即退出。很快由王珪、蔡確等人，議定好了五路出師的計劃。
孫固又約呂公著進諫，孫固先啟奏道︰「現在商議五路進兵，卻沒有大帥統率，就算能夠成功，也會導致兵亂。」趙頊說道︰「既然內外沒有統帥之材，只好不設統帥。」呂公著也進諫道︰「既然沒有統帥，不如罷兵。」孫固又接口說道︰「公著說的甚是。請陛下采納！」趙頊卻沉著臉說道︰「朕意已決，你們不必多言。」孫固、呂公著又踫了一鼻子灰，只得出朝。
趙頊于是命李憲出熙河，種諤出鄜延，高遵裕出環慶，劉昌祚出涇原，王中正出河東，采用分進合擊之法。趙頊還下詔吐蕃首領董氈率兵會征，于是鼙鼓喧天，牙旗蔽日，大戰爭迫在眉睫。西夏梁太後听到宋朝準備大動干戈的消息，慌忙分遣自己所能控制的各監軍司兵，由大元帥梁永能總領抵御。
趙頊這次為了一舉平定西夏，幾乎動用宋朝的老底。熙河路經略使李憲領兵出熙河，鄜延路總管種諤領兵出鄜延，環慶路經略使高遵裕領兵出環慶，涇原路副總管劉昌祚領兵出涇原，河東路經略使王中正領兵出河東。五路大軍，共有五十多萬人馬，浩浩蕩蕩圍攻西夏。
宋軍的計劃是︰涇源、環慶兩路先取靈州，然後直取興州。河東、鄜延兩路會師夏州，再取懷州，最終直逼興州，企圖一舉蕩平西夏。在趙頊給李憲的詔書里也有明確的表述，說道︰「此番用兵，非一般戰事而，意在蕩平項羌。此決非小事，若不上下一心，將士協力，何以致勝故當不惜爵賞，以勵三軍將士，一舉圖之！」
李憲統領熙秦七軍，以及董氈的三萬兵馬，首先進入西夏境內。駐守在西夏西使城的西夏首領訛勃哆，聞風而降。西夏梁太後的弟弟粱乞埋，派兵數萬趕去增援西使
城。走到半路，就听到了訛勃哆降宋消息，只好退守龕谷城。龕谷城是西夏糧倉之一，李憲佔領西使城後，乘勝挺進龕谷城，大獲全勝，于是改城為寨。
里面所儲藏的大量糧谷全部被宋軍繳獲，還有弓箭等兵器無數。李憲已奪得伐夏頭功。接著，他派副將駐守此地，又揮師向西攻取了蘭州。節節勝利之際，李憲在蘭州上疏趙頊，請求築蘭州城建立帥府，以震懾西夏。
與此同時，鄜延總管種諤率部在米脂寨，擊敗了西夏梁永能的八萬大軍。接著，相繼攻克石州、夏州、銀州三重鎮。環慶經略使高遵裕，也迫降了西夏清遠軍守將嵬名訛譏。河東經略使王中正所部，因為一路盡是沙丘沼澤，行動緩慢一點。但是他抵達宥州之後，夏兵也聞風潰逃。
宋兵進城之後，把城中老弱病殘五百余戶殺戮殆盡。涇原副總管劉昌柞進入西夏後，在葫蘆河與夏軍決戰。他卻憑著一股銳氣，橫沖過去，夏軍紛紛敗走，逃回靈州。結果夏人大首領沒羅臥沙、監軍使梁格嵬被殺，梁乞埋的佷兒訖多埋等二十多人被俘。劉昌祚乘勝攻入嗚沙州，得到了西夏國庫百萬余石糧食。
五路大軍的捷報，陸續送入京城。趙頊得知，很是高興，當即下詔令李憲統率五路，直接去搗毀西夏都城。哪知詔書才下不久，趙頊卻接連收到了敗報。各路將士，不是被溺死，就是被凍死、餓死。剩下一些快死沒死的疲卒，僥幸保全了性命，狼狽逃歸。
西夏軍隊一敗再敗，梁太後召集諸將，共議防御方法。年少氣盛的將士，無不主戰。老將嵬名令公卻不以為然，只有他獨自獻策道︰「宋軍遠來，利在速戰。我軍不必強硬拒敵外，我們可以采用堅壁清野，誘他深入。同時我們在靈夏聚集士兵，準備以逸待勞，再遣輕騎抄襲敵後，斷他餉運，他已不戰自困，恐退兵都來不及。」梁太後大喜，果斷采納了這一建議，調集十二監軍司十萬大軍，重點防守興州要沖之地。
因此宋軍五路並進的時候，夏軍沒有和他們進行酣斗，大多退走。劉昌祚率軍五萬首先攻到靈州城下的時候，高遵裕也率兵趕到。就在劉昌祚即將入城之際，高遵裕害怕這次戰功被劉昌祚拔定頭籌，便利用節制劉軍的權力阻止劉昌祚攻入靈州，定下了所謂合圍靈州的下下之策。
當時，趙頊也深恐劉、高孤軍深入興、靈二州有所不測，急命李憲親自率領重兵、押運糧草從蘭州趕往興、靈二州，董氈也率吐蕃軍協助同往，以為後援。但是此時的李憲卻一心放在了建立蘭州帥府上面，對于再率重兵增援，並沒有多大興趣。在進發興、靈二州的途中，因為遇到了夏軍的阻截，李憲錯誤地決定折道天都山，並焚燒了西夏的南牟內殿和所有館庫，迫使西夏統軍星多哩鼎退守葫蘆河流域。然後李憲班師，回到了蘭州。