公元1041年2月，李元昊继续开启自己的对宋作战攻略，率领号称有100000人的部队南下。此时的西夏国已经在河套大部、河西走廊和蒙古高原南部有很强影响力，但仍希望能将包括西安在内的整个关中盆地都收入囊中。因此将战争侧重点逐步向西调整，并利用河流充当本方快速穿越荒漠环境的必要助力。
由于当时的气候尚未转暖，又已超越常规的冬季南下节奏，所以对循规蹈矩的宋军来说无疑是种心理考验。后者正处于本年度战争策略的制定过程中，也就不可能提前将更多援兵派往前沿位置。几座重要城镇都紧挨着六盘山建造，以期最大程度的回避骑兵弱项。
与此同时，西夏主力已顺利沿着葫芦河南下，并扎营在与之呈直角的好水川入口处。这样做的好处既有缓解后勤压力考量，也是为了能避开东面几座山地城寨的宋军耳目。李元昊便决定在脚下的这片河畔山谷设伏，想办法将宋军的有生力量吸引来消灭。为此，他还不惜派数千轻装部队提前分离，佯攻六盘山脚下的怀远城。倘若有敌方的机动力量赶来解围，就能引诱他们沿好水川向西深入埋伏圈。
当年2月13日，18000名北宋援军就从固原赶来，跨过六盘山向突然告急的怀远城挺进。由于是为应付灵活机动的党项部族准备，所以有数千规模的轻重骑兵力量，比例远超当时的许多内地同僚。但指挥官任福却仅有前线执行权，必须受进士出生的大臣韩琦遥控。后者虽从未亲自前往视察，却早已在部队开拔前就面授机宜，指点属下如何绕到北面去抄西夏人后路。但阵中的大量步兵拖慢了全军步伐，根本就来不及抓住对手，更没可能在适宜地形上从容列队。只是因为有新的敌情从南张义堡传来，才匆匆调头沿山麓向南侧继续追赶。
于是，任福又急忙率部追赶，力争在友军打跑西夏人之前加入战斗。奈何苦苦奔走一整日，才抵达张义堡就获悉自己还是来晚一步。加上不可靠的捷报谎称对手已有数千人毙命，心态上难免出现变化，便顺着敌军轨迹沿河流向西疯狂突进。其中，速度较快的骑兵随自己冲锋在前，在黄昏时分已抵达好水川流域。余下的步兵、辎重单位则全权交由部将朱观和武英协同跟进，预备隔天到泉口处与他们一同夹击。
至此，整支宋军都已落入李元昊布下的天罗地网。不仅在长距离行进中出现步骑兵脱节现象，还依然对即将面临的厄运没有任何心理准备。
公元1041年2月14日上午，任福的先遣队再度启程追击，却很快在山谷地形内发现好几个银盒。出于好奇打开后，发现竟有不少鸽子从中飞出，成为通知对方伏兵的行动信号。随后，大量西夏重装部队从山谷的另一侧鱼贯而出，开始对立足威武的宋军骑兵实施冲锋。双方立即在狭窄的谷地内展开对攻，一度因实力相差不大而呈现出拉锯之势。
这主要是因为北宋军中残留的五代传统，让他们对精锐骑兵相当重视，不至于在短时间内丢掉阵地。同时，党项人却受限于国力不强、人口较少等问题，非常关注骑手的损耗问题。所以往往不乐于做过多激烈纠缠，时常需要稍稍后撤并进行休整重组。甚至不惜暂退出河谷紧要位置，给惊慌失措的宋军以喘息之机。
然而，作为铁杆主力的宋军步兵却根本来不及抵达战场，只得任由己方骑兵在险境中自求多福。于是，大量原本只是在外围担负侦查、警戒任务的西夏轻装部队，开始集中到两侧展开共同夹击。他们利用居高临下的地形优势，射出遮天蔽日的落顶箭矢，大量杀伤无马甲保护的宋军坐骑。等到猎物在包围圈中的体能告罄，才纷纷从山头俯冲而下，将只有千人的骑兵全部斩杀。
另一方面，由朱观和武英率领的宋朝步兵辎重队伍，也在北侧的笼洛川遭遇阻击。在没有己方骑手增援的情况下，被迫呆在原地承受大量轻骑兵袭扰。即便眼前的西夏人数量不多，也不敢轻易尝试战场机动。直至南侧的任福分队全军覆没，才终于迎来更多追兵的群起攻之，并且因箭矢消耗完毕与体能不支而选择撤退。期间，原本驻扎在西侧羊牧隆城的宋军亦有尝试赶来解围，却同样因机动能力太差而不得要领。只能退回原地驻守，坐看主力被西夏人疯狂屠戮。但他们的突然搅局，还是帮朱观等千余名溃兵逃脱，从而避免了全军尽墨厄运。
由于这场好水川之战的惨败，宋朝的西北局势变得愈发恶劣。尽管还能靠大量援军暂时逼李元昊班师回朝，却已无力对敌方腹地展开任何大规模攻势。相反，1万多人的损耗虽看似并不致命，实则对依赖城寨群进行层层布防的宋军有很大影响。