遼國狼主見幽州已失，立刻召集文武百官商議退敵之策。這時，都統軍兀顏光說：“我率領我的十一曜大將，二十八宿將軍出戰，必能退敵。”遼國狼主隨即賜了他金印虎牌，讓他出戰。
兀顏光的兒子兀顏延壽也不是等閑之輩，他給兀顏光出主意道：“父親，你先整頓軍馬，我帶領幾員猛將和太真駙馬、李金吾將軍的人馬先到幽州，給宋軍來個下馬威，到時你再去一起殺他個片甲不留。”兀顏光立刻派了兩萬精兵強將讓他率領。
兀顏延壽率領了二萬多人馬，再加上太真駙馬、李金吾二人的人馬共計三萬多人馬，來到了幽州。
宋江和吳用知道這次前來的遼兵，必然是精兵強將，不可輕視。於是宋江調動軍馬在離城十裏的平坦地方布下了九宮八卦陣。
兀顏延壽到達幽州見宋江人馬擺成陣勢，心中暗暗得意。因為他曾跟父親學過陣法，知道其中的玄妙。他看了宋軍的九宮八卦陣，冷笑著說道：“你這個九宮八卦陣，誰不知道，我要是擺成陣勢，就怕你認不出來。”說著，他指揮了一會，將人馬擺成陣勢。軍師朱武看了一會對宋江說：“這是太乙三才陣。”於是宋江高聲對兀顏延壽說：“你這個太乙三才陣沒什麼了不起的。”兀顏延壽見對方識別出他的陣法，他指揮了一會，又變換了一種陣勢。吳用、朱武對宋江說：“這是河洛四象陣。”接著那兀顏延壽又變換了循環八卦陣、武侯八陣圖，都被吳用、朱武認了出來。
兀顏延壽見對方把他的陣勢都說了出來，便對宋江說：“你要是有本事，也擺個奇異的陣勢讓我瞧瞧。”宋江便對他激將道：“就是我這個九宮八卦陣，你也不敢打。”兀顏延壽立刻大笑道：“這個小小的九宮八卦陣，對我來說也隻不過是小菜一碟。”說完，便對太真駙馬、李金吾說：“等我把他的陣打亂，你們再來攻打。”隨即，掐指算了一會，從陣西邊殺了過去。一萬人馬隻有一半人馬進入陣勢，後麵的一半被宋江陣中的箭手擋了回去。
兀顏延壽進入陣勢直奔中軍，誰知那中間像銅牆鐵壁一樣，攻也攻不進去。他回過頭來，那後麵卻成了白茫茫的一片煙波，隻聽水響，不見路徑。他慌了起來，向左看，一片焰火，向右看，一片枯山，他急忙奔向北門，北門處公孫勝又作起了法，黑氣遮天，伸手不見五指。兀顏延壽在黑暗處東撞西碰，無路可退，被雙鞭呼延灼活捉。
太真駙馬、李金吾等了好久不見動靜，便率軍殺了過來。在混戰中，太真駙馬耍了個小聰明逃走了，而李金吾卻被秦明一棍打死。遼兵大敗。
兀顏光聽說他的兒子被捉，李金吾被殺。頓時怒氣衝天，當即派了大將瓊妖納延、寇鎮遠作先鋒率軍一萬前去挑戰，隨後他自己又率領了十一曜大將、二十八宿將軍，人馬二十萬浩浩蕩蕩地來到了幽州。
宋江聽說遼國總都軍兀顏光率軍二十萬前來攻打，大吃一驚。立即傳令，讓盧俊義率兵前來，又讓檀州、薊州的人馬也過來，又請了趙安撫前來督戰。
一切安排妥當後，遼國的戰書也來了。宋江、盧俊義率領人馬前去迎戰。陣前，先鋒瓊妖納延首先出陣，跟史進鬥了不到二十回合，被花榮一箭射死。寇鎮遠見狀，縱馬馳來，被孫立迎住，兩人鬥了二三十回合，不分勝負，又各自拿出弓箭，射了幾箭，最後一箭孫立裝作中箭，趴在馬上，引誘寇鎮遠來捉，等他一走近，被孫立猛的一鋼鞭削去了半個頭，死於馬下，先鋒軍頓時被殺得片甲不留。
宋江正得意之時，忽見前方萬馬奔騰，黃沙漫天。宋江看時，那遼兵撲天蓋地而來。他立即整頓人馬準備迎戰。
沒多長時間，那遼國大軍就來到了。隻見六隊人馬循環往來，不一會就排成一個陣勢。隻見這陣機關莫測，變化多端，威猛凜凜，殺氣騰騰。
左軍一律是青龍旗，擁有七座旗門，每座門各有一員猛將把守，按天上木星排列。
右軍一律是白虎旗，也擁有七座旗門，也各有一員猛將把守，按天上金星排列。
後軍一律是緋紅旗，也有七座旗門，每門各有一員猛將把守，按天上火星排列。
陣前左右人馬都是奇異彩服。左邊由耶律得重率領，好似一個天上太陰星君。右邊皆是女將，由公主答裏孛率領，像是一個太陽星君。
陣前中間皆是黃旗，這隊人馬中間有四員大將，各領兵三千位於本陣的四角。東南是耶律得榮，按天上羅星排列，西南是耶律得華似天上計都星君。東北耶律得忠，觀天象得知，西北是耶律得信，按天上月孛星排列。黃旗之中，四員大將裏麵還有一位頭戴七寶紫金冠，身穿黃金甲的大將，此人正是遼國都統軍兀顏光，他應的是天上中宮土星——氣天君。本陣中央，則是頭戴衝天唐巾，身穿九龍黃袍，腰係藍田玉帶的遼國狼主。他左有丞相、右有太師護駕。這遼國狼主應的是天上北極紫微大帝總領鎮星，左右二丞相是左輔右弼星君。這真是滿天星鬥離乾坤，萬象森羅降世間。
宋江、吳用、朱武見了，驚奇不已。朱武說：“這是太乙混天象陣。這天陣上符天時，下合地利，循環無定，進退有則，機關重重，變幻莫測，不易攻打。”
正說著，陣中右軍得到兀顏光的命令，循環往複了一陣，引了五旗軍馬殺了過來，那陣勢，如排山倒海，勢不可當。把宋江的軍馬殺得措手不及，連連後退。宋江見不是對手，急忙傳令退回本寨。清點人馬，孔亮被刀砍傷，李雲也中了箭，朱富被炮打傷，石勇也中了槍傷，人馬死傷無數。
宋江等人回到寨中與盧俊義商議：“今日輸了一陣，若不出戰，他必然前來攻打。”於是，他們派了關勝、呼延灼先去鎮壓製止住遼軍前進，然後，又派了花榮、秦明、董平、楊誌、林衝、徐寧、索超、朱仝去撞皂旗七門。七門撞開之後，李逵、樊瑞等人殺入了陣內。但混天象陣，豈能容易攻破。隻聽見四麵一聲炮響，外圍大軍殺了進來，宋兵抵擋不住，大敗而回，宋江一看人馬折了一大半，杜遷、宋萬重傷，李逵被遼軍捉去。
宋江見又輸了一陣，李逵也被捉去。心中悶悶不樂，不知如何是好。吳用見狀，對他說：“眼下救李逵重要，我想用前日被捉的兀顏延壽同遼軍交換李逵。”
那兀顏光為了兒子兀顏延壽，便派使臣前來同宋江商議對換一事。宋江答應下來，當天就把李逵救了過來。
宋江急於求功，又派兵去攻打，均以失敗告終，宋江連連失敗，心情鬱悶，寢食難安，精神恍惚。這天，他迷迷糊糊地覺得夢中有九天玄女娘娘指點迷津，並送給他一部天書。他醒來一看，床頭果然有一部兵書。他回憶夢中情景，又見兵書，覺得非常奇怪。
他翻開兵書一看，上麵記述了破太乙混天象陣的方法。原來要破此陣，必須用相生相克之理。如敵陣中的水星陣要用土星陣來攻，金木水火土星各陣各有相克之星，五路齊攻。然後再按二十四節氣造二十四部雷車，裝上火石火炮，直攻敵軍中陣。且一定要等天黑以後才能攻打。吳用等人聽了，驚奇不已。
宋江、吳用按破陣方法調撥了人馬。仍擺成九宮八卦陣的陣勢。大家在陣勢內各負其責。兀顏光見宋江幾天來不再出戰，已等得不耐煩了，便派了先鋒軍前來挑戰。宋江看天色已晚，急忙傳令準備攻打。他先派了四路人馬鎮壓住兀顏光的先鋒軍，隻留破陣的黃袍軍立於陣前。兩聲炮響，呼延灼率先打開了陣門，殺入後軍，直取火星，關勝去取土星，林衝直取木星，秦明取金星，董平取水星，五路人馬一起上前。李逵、樊瑞、鮑旭、項充、李袞也把二十四部雷車推入了敵陣中。一丈青扈三娘率兵打入了太陰陣，魯智深引兵也殺入了太陰陣中。公孫勝也不甘示弱，取出寶劍作起法來，敵軍陣中的中軍處頓時狂風大作，飛沙走石，雷鳴電閃，再加上炮聲，整個夜空中，霹靂交加，地動山搖。兩軍混戰，直殺得鬥轉星移，天昏地暗，鬼哭狼嚎，橫屍遍野。
兀顏光正在中軍作指揮，忽然見陣外喊殺四起，急忙上馬一看，那二十四部雷車已到達中軍。正要回轉，關勝一步到前。兀顏光急忙取出畫戟迎戰關勝。四邊羽翼剛要上陣，被張清一把飛石打了回去。這時，李應、柴進、宣讚等人也殺了過來。兀顏光一看寡不敵眾，勒馬往回跑去，卻被花榮擋住了去路，花榮取弓搭箭，直射向兀顏光的身上，隻聽錚地一聲射在了他的護心鏡上，關勝見狀，縱馬追上就是一刀，那兀顏光的三層鎧甲被砍透了兩層。兀顏光已無心再戰，一心想著逃跑。張清見了，抓了一把石子，朝兀顏光射去，打得兀顏光趴在馬背上，拖著畫戟而逃。關勝見他無力還手，緊追兩步，又是一刀。把兀顏光砍成了兩段。可憐這位遼國大名鼎鼎的、英勇無比的一世豪傑兀顏統軍就這樣成了梁山英雄的刀下鬼。
這邊，魯智深、武鬆也殺死了耶律得重，扈三娘也活捉了公主。耶律得寶等幾位皇侄死的死，傷的也被活捉。隻有遼國國主，見勢不妙，在大臣等眾將的掩護下逃走了。
天明時分，宋江收兵回寨。有功的頭領各自獻功。趙安撫急忙派人回京城稟報天子，慶賀功臣。
遼國狼主慌慌張張地逃回燕京，連夜召集大臣商議抗敵之策。宋江這邊一不做，二不休，第二天就率兵把燕京包圍起來。遼國狼主和大臣沒辦法，隻有投降。宋江見城上豎起了降旗，又見使臣到來。就把使臣領到了趙安撫處。趙安撫對那使臣說：“投降之事乃是國家大事，我做不了主，你們遼國應派遣使臣去往東京麵對宋朝天子，天子降旨赦詔，我們才能退兵罷戰。”
當即，遼國狼主收拾了金銀財寶、彩帛珠貝，裝了幾車，丞相褚堅和隨從拿了趙安撫的書信在柴進、蕭讓的引領下到達了京城。
那丞相褚堅早就聽說奸臣蔡京等人都是好利貪財之人。一到東京，他就派人偷偷地給他們幾個送了禮，買好了門路。第二天，皇上在蔡京等人的讒言下，書寫了詔書。說什麼遼國已經投降，命宋江速收兵回京，活捉人馬均放回遼國，攻打下的州郡，仍舊歸還本國。惟一一條有利於宋朝的就是每年必須向宋國進納歲幣。
皇上降旨派宿太尉前去頒詔。宿太尉見到宋江，對他說了詔書一事。宋江一聽立刻憂愁起來。宿大尉、趙安撫安慰了宋江等人一番。
第二天，宋江就派了關勝、林衝、秦明、呼延灼等十員大將護送宿太尉進入燕京城頒布詔書。
完畢後，遼國狼主邀請宿太尉、趙安撫、宋江等人前去赴宴，宋江等人謝絕了，隻有趙安撫陪著宿太尉赴了宴。之後，遼國又將大批的奇珍異寶獻給了宿太尉等人。
宋江隻在寨中設宴犒勞了三軍。第二天，就把活捉的遼兵放了，也把奪下來的檀州、薊州、霸州、幽州歸還給了遼國。然後整頓軍馬，準備回國。
他們到達武台山時，魯智深想起當年大鬧武台山，覺得對不起師父智真長老，於是決定上山看一看。宋江聽說智真長老是在世的活佛，也隨魯智深上山參禪。
宋江得了四句禪語：“當風雁影翩，東闕不團圓，隻眼功勞足，雙林福壽全。”但不解其意，智真長老隻對他說久後必應。
魯智深也得了四句禪語：“逢夏而擒，遇臘而執，聽潮而圓，見信而寂。”他讀了數遍，藏在了身邊。
他們謝過智真長老，隨軍上路了。到了東京，皇上想對他們加官封爵，但都被蔡京、高俅等人擋了回去。
這時眼看春節到了，各路官員已準備朝賀。蔡京惟恐宋江等人也來，在皇上麵前盡說讒言。
宋江等人破遼受苦，到頭來卻功名無成，都悶悶不樂。公孫勝因受了師父羅真人的囑咐，辭別了眾兄弟，回山學道侍養老母去了。眾兄弟無法忍受離別之情，更加鬱悶不樂了。
這時，宋江聽說河北田虎、淮西王慶、江南方臘作亂，心想與其閑著，不如去平定他們。於是，便通過宿太尉向皇上請戰。
皇上聽了大喜，當即封宋江為平叛正先鋒，盧俊義為副先鋒，並說平定反叛後，一定對他們封官進爵。