南平既克，北宋軍征發當地軍隊萬餘人，合兵向湖南進發。此時武平政權已平息張文表叛亂，見北宋軍仍日夜兼程直趨朗州，知道北宋必將盡取湖、湘之地。武平主周保權打算臣服於北宋，被指揮使張崇富所阻，又決定抵抗宋軍。趙匡胤遣使告諭周保權及將校，說既然武平請求宋軍來解難，現在卻反拒王師，這不是自取塗炭嗎？武平政權仍然置之不理，於是北宋軍水陸並進展開強大的攻勢。其水師於三江口擊滅武平水師主力，殲敵4000餘人，獲戰船700餘艘，又乘勢攻占了嶽州。宋將李處耘率陸師在澧州南與武平指揮使張崇富軍遭遇，武平軍不戰而散。宋軍進占朗州，斬殺了張崇富，武平主周保權被擒。武平將領汪端率殘部遁往山林，9月末，被宋軍徹底擊滅。
荊、湖之地盡歸北宋，一方麵擴展了趙宋王朝的版圖，另一方麵是取得了一個十分重要的前進基地。
西蜀領地，自古號稱天府，又處於中國西南部，曆來戰亂較少，經濟比較繁榮，擁州46個，在南方各國中，也算得上是個大國了。蜀主孟昶，昏庸無道，不視國政，大權盡入知樞密院事王昭遠手中。王昭遠誌大才疏，不精軍事，又好大喜功。本來孟昶與宰相李昊商量要歸順北宋，卻被王昭遠阻止。於是西蜀在三峽屯集重兵，又在涪陵、瀘州、戎等地大力擴充水軍。王昭遠在部署完畢後，即慫恿蜀主孟昶派出使者聯結北漢，約定兩國軍隊夾擊宋軍，奪取關中。蜀使中有個軍校中途叛變，將蠟丸帛書獻給了趙匡胤。宋廷早有攻蜀的預案，抓住蜀、漢相通圖宋的把柄，便開始了攻取西蜀的軍事行動。
公元964年11月，宋軍分兩路攻蜀。北路軍由大將王全斌指揮，崔彥進為副帥，統領3萬步騎兵，自鳳州出發，經陝西南下。東路軍由劉光義、曹彬指揮，率2萬步騎兵。從歸州出發，沿長江西上。
西蜀政權獲悉宋軍將至，孟昶即以王昭遠為行營都統，趙彥福為都監，以3萬兵馬守廣元、劍門等險關，另外派遣大將韓保正以數萬人馬鎮守興元。
同年12月中旬，北路宋軍攻入蜀地，占取興州，殲敵7000餘人，興州蜀軍退守西縣，與從興元撤來的韓保正部會合。北宋將領延德急攻西縣，大敗蜀軍，抓獲蜀將韓保正、李進。蜀軍殘部燒毀棧道，退保葭萌。宋將王全斌讓副都部署崔彥進率部搶修棧道，自己則親率主力由嘉川東南的羅川小路迂回前出，進攻利州。在大、小漫天寨擊敗蜀軍精銳部隊。王昭遠親率精兵堵截，三戰皆敗，蜀將王昭遠退守劍門。
東路北宋軍溯江而上，連戰連捷。進至夔州鎖江30裏時，舍舟登陸，奪取了浮橋，爾後又引舟而上，一舉攻克夔州。
蜀主孟昶接到王昭遠的敗訊，急令太子元喆為元帥，帶兵萬餘增援劍門。元喆素不習武，又日夜嬉耍，不恤軍政。公元965年正月，王全斌軍糧益光，即分兵一路從來蘇小路向南迂回，主力則向劍門進攻。蜀軍恃劍門天險，隻以偏將把守，主力退往漢源坡。宋軍急襲劍門，蜀軍大敗，王昭遠被俘。蜀太子元喆在進軍途中聽到劍門已失，倉促返兵成都。劉光義軍一路順利，連拔萬縣、恩施、開縣、忠縣等州，遂州蜀將降服。至此，北宋二路大軍相繼抵達成都外圍。孟昶走投無路，於公元965年正月初七日歸降北宋。宋軍擊滅西蜀之戰，前後不過66日。
巢車（模型）
西蜀平定，使北宋處於更加有利的地位。於是，宋太祖趙匡胤便將注意力轉向北方的北漢政權。公元968年7月，北漢主劉鈞病逝，由養子劉繼恩主政。劉繼恩庸懦無能，不但與宰相郭無為不和，還殺養弟劉繼忠，一時間北漢政局動蕩不安。趙匡胤認為時機已到，便於同年8月派遣大將李繼勳和黨進，統率大軍北伐。宋軍一直攻到太原城下。9月，北漢內訌，宰相郭無為襲殺劉繼恩，立劉繼元為主，劉繼元即向契丹求援。宋太祖趙匡胤欲以高官厚祿勸降劉繼元和郭無為，卻遭到拒絕。11月，契丹大軍前來援助北漢，宋將李繼勳隻得退兵。北漢軍乘機大掠晉、絳二州。
初次進攻失利，並沒有動搖趙匡胤的決心，他決定親征北漢。公元969年2月，宋軍自相、磁等州出兵，直撲潞州。先鋒李繼勳擊敗劉繼業，進至太原城下。3月，趙匡胤率主力也來到太原。趙匡胤親自督戰，宋軍連續發起強攻，無奈太原城堅，久攻不下。4月，契丹從石嶺關與定州出兵兩路援救北漢。宋將何繼筠在陽曲北重創契丹軍，另一將領韓重讚在正定也獲大捷。太原城外的宋軍又引汾水灌城，仍不能克。這場攻堅戰持續了100多天，雙方損失都不小。宋太祖趙匡胤為了保存實力，最後決定撤軍。