宋朝一面调发北方禁军，一面就地招募。调动秦晋精锐力量十万人，调用广西、荆湖、广东、河北等路兵员和物资。广西招募壮丁两三千人守卫邕、宾等州城，又从诸州军队中选配年轻不怕死的勇士赶赴桂州。到熙宁九年(1076)，从全国征集而来的宋朝首批援军进入广西。交趾破邕州后正打算继续攻取桂州，见到浩浩荡荡的宋朝大军过来了，只好撤退。

接下来就是宋朝的反击了。赵卨和李宪还未到广西上任，宋军就换了主帅，由郭逵出任正使，赵为副。宋朝确定的作战计划是海陆并进，与占城（位于中南半岛东南部，北起今越南河静省的横山关，南至平顺省潘郎、潘里地区。中国古籍称其为象林邑，简称林邑）和真腊（又名占腊，为中南半岛古国，其境在今柬埔寨境内）三路合击。走海路的目的是配合策应陆路主力。

同时，宋朝意识到单独作战是艰难的。宋朝官员张方平猜测，“能害交趾者惟林邑”，于是建议招募具备外交能力的人才，在国际上寻求支持，共同讨伐交趾。熙宁九年，宋朝派李教和罗昌皓出使占城和真腊，说服他们共同出兵交趾。占城表示愿意，于是宋朝进攻交趾时占城曾派遣蕃兵七千扼制住交趾要路。但占城和真腊的牵制并未对战局产生明显影响。

郭逵二月任命、三月到广西，至十月宋军才大规模进攻交趾境内。熙宁九年十月燕达攻取广源州，十二月到达富良江，两军决战。

越南方面制定的抗宋战争图

法国人乔治·马司培罗（Georges Maspero）曾称，这场战争究竟是谁赢了到现在还很难说。中国史书和《钦定越史通鉴纲目》的描述是：两军在富良江（今红河）决战。李军战船四百余艘在江南阻住水路，宋军没法过河，于是郭逵和赵卨便命令兵将们伐木制造发石机攻打。后来又依照燕达建议，暗中派遣军队在山间设置埋伏，逐步减兵，诱敌深入。李常杰果然中计，倾数万众渡江出击，宋军伏兵尽发，步骑合击，趁其帆折樯摧之际，选精兵乘大筏猛攻，大败交趾军，击杀数千。李朝洪真太子和昭文王子战死，左郎将阮根被俘。但是《越史略》等越南史书的记载是这样的：李常杰知道宋军力困，于是连夜渡江袭击，大破宋军。宋兵死者十五六，只能退取广源州。也就是鼓吹李朝取得了最后的胜利。

富良江之战后不久越南皇帝李仁宗便申请求和。恰好此时宋军在南方水土不服，疫病流行，死者大半。郭逵表示“愿以一身活十余万人命”，同意撤兵。宋李两朝讲和。