宋神宗自命大有为之才，是一个有雄心大志的君主。他与群臣说起仁宗朝宋夏交战、契丹趁火打劫的往事，甚至悲痛得流泪。用武开边，建功立业，是他一生的梦想。他始终把解决契丹和西夏问题作为自己奋斗的目标。在熙丰变法中，他为军事行动作了物质上的大量准备，先后建了五十二个军用物资库，并赋诗明志道：“每虔夕惕心，妄意遵遗业，顾予不武姿，何日成戎捷？”求胜心切，溢于言表。
尤其是对西夏，就像是旧主人容不得昔日的小伙计成为他平起平坐的新对手，神宗总想一举消灭它，以挟制契丹和吐蕃，显示大宋朝的神威。
熙宁元年（1068年），变法派杰出的军事家王韶向神宗上《平戎策》三篇，要旨是先取河湟，控扼西北门户，斩断西夏右臂；再威服吐蕃，孤立西夏；然后伺机出兵，关门打狗。
这一战略分析是正确的，但执行起来，就牵涉到宋军的人才与素质，但神宗显然大受鼓舞，任命王韶为秦凤路经略司机宜文字。司马光、富弼等老臣纷纷上书，认为内政还没有做好，贸然发动战争是很危险的，但王安石却鼓励神宗时不可失。
熙宁四年，神宗设立洮河安抚司，任命王韶为长官，开始经略河湟。次年，王韶采取软硬兼施的手段，招抚吐蕃部落三十余万人，拓地二千余里。神宗升镇洮军为熙州（今甘肃临洮），设立熙河路，以王韶为经略安抚使，历史上把王韶经营河湟的活动称为熙河开边。王韶的成功把神宗的梦想再次激活，对西夏用兵已势在必行。
元丰四年（1081年），西夏梁太后反对夏惠宗欲将河、洮等州黄河以南的土地还给宋朝，囚禁了惠宗。鄜延副总管种谔上疏神宗以为是千载难逢的机会，倘若西夏被辽朝趁机攻取，必为中国的大患。神宗召见了他，他大言道：“夏国无人，秉常（夏惠宗名）孺子，臣往持其臂以来！”神宗便定议攻夏。
知枢密院孙固和同知枢密院吕公著反对轻率举兵，并提出一个尖锐的实质性问题，谁是合适的主帅？神宗说：“朕已属李宪。”孙固以为，由宦官李宪担任主帅是十分错误的决定。但神宗固执己见，七月，命李宪为主帅，出熙河路；高遵裕出环庆路，刘昌祚出泾原路，受高遵裕节制；王中正出河东路，种谔出鄜延路，受王中正节制；五路并进，会师灵州（今宁夏青铜峡东），进而消灭西夏。五路将领中，李宪与王中正是宦官，高遵裕是外戚（神宗的外叔祖），都根本不是将才。
宋军从八月开始行动。种谔率军九万余攻克米脂城，挟功上奏要求不再受节制，进兵至石州（今陕西横山东北），已是十月，军粮不继，又遇大雪，将士不耐饥寒，冻饿死者十之二三，大军溃散，生还入塞者仅三万。王中正率部渡无定河北行，这支军队最无纪律，也无战功，入宥州（今内蒙古乌审旗西南）滥杀无辜，纵火焚城，粮草也完全断绝，死亡达二万余人，已经溃不成军。
高遵裕率部近九万，十月兵不血刃进抵韦州（今宁夏同心东北），也因粮草不继而扎营旱海等待接济。刘昌祚率蕃汉兵五万，在宋夏边境击退西夏三万兵马的阻击，十一月先于高遵裕兵进逼灵州城下，前锋几乎夺门而入。但高遵裕忌功，传令他不许乘胜攻城，致使坐失战机。其后，高遵裕指挥围城达十八日，却久攻不下。西夏军一边决黄河水倒灌宋营，一边派兵断绝了宋军的粮道。大批宋军冻溺而死，生还者仅一万三千余人。
李宪率军十余万，九月收复兰州古城，便迟迟不愿进军，到十一月才进抵天都山（在今宁夏海原境），这时高遵裕、刘昌祚已经战败，他接诏回师。
神宗对灵州之役寄予厚望，中夜听到惨败的消息，起绕床榻环行，彻夜不能入寐，因此身染疾病。宋军在这次战役中仓促出征，麻痹轻敌，各自为战，相互扯皮，既缺少一个能运筹帷幄决胜千里的主帅，又在军粮供应上严重脱节，失败也在情理之中。相比之下，西夏军实行坚壁清野、纵敌深入的正确战略，再捕捉战机，断敌粮运，终于取得灵州保卫战的胜利。
战后，神宗一方面悔恨不已，表示“不复议再举事”；一方面却姑息败军之将，只是贬了高遵裕、刘昌祚和王中正的官，却断然拒绝了要求处死李宪的上奏，还将其提升为泾原路经略安抚制置使。在这次军事行动中，宋军在东北方向攻占了军事要镇米脂等四寨，打通了北进横山的要道，在西北方向则控制了兰州，开拓了从腹背压迫西夏的范围，但换取这些战果的代价未免太大。
实际上，神宗并不甘心灵州战败，他在酝酿更大规模的战争。元丰五年，鉴于西征时攻克西夏诸州而不能守的经验教训，鄜延路经略安抚使沈括与副使种谔建议在横山一带筑城，作为进瞰西夏的桥头堡。神宗即派给事中徐禧与宦官李舜举前往经营其事。
徐禧下车伊始，认为永乐（今陕西米脂西北）地势险峻，可以筑城作为根据地，进扼横山关隘，长驱直捣西夏都城兴庆府。永乐城易攻难守，沈括与种谔都有异议，种谔甚至尖锐指出“城之必败”。但徐禧固执己见，八月十五日开始筑城，仅用十四天即大功告成，神宗赐名“银川寨”。
对西夏说来，横山是其心腹之地，当然容不得宋朝在其间插上一根眼中钉。永乐城筑成仅十余日，西夏即出动包括铁鹞子军在内的全国精兵，与宋军展开了殊死的争夺战。当时，守城宋军仅三万，而攻城的西夏军达数十万，沈括曾建议弃城诱敌，被徐禧拒绝。大将高永能要求在西夏军尚未成列时出击，遭到否决。另一将领曲珍请在铁鹞子军渡河将半时出击，再遭否决。
战机频失，处境日险，永乐城小人众，粮草供应不足，而关键的水源竟被西夏军切断。争夺水源成为战争胜负的关键，曲珍提议绕道袭击西夏军最后面的老幼，扰乱其军心，以摆脱困境，徐禧仍不采纳。眼见城内断水，坐以待毙，渴死者十之六七，甚至有人绞马粪汁当水喝。二十日，永乐城被西夏军攻破。是夜，大雨如注，电闪雷鸣，多日饥渴，宋军已无抵抗能力，徐禧、李舜举与高永能被乱兵杀死，守城士兵和夫役几乎全军覆没。
十月一日，神宗接到永乐城失陷的消息，悲愤涕泣，不思饮食，早朝时面对辅臣失声痛哭，群臣不敢仰视。永乐之役大大刺伤了神宗，史称“及永乐陷没，知用兵之难，于是亦息意征伐”。他的强兵开边梦彻底破碎了。不仅精神委顿不振，病情也日渐加剧，身体状况急转直下，不到三年，便在深深失望中辞别了人世。
神宗是一个颇欲有所作为的皇帝，熙宁新政、元丰改制、与西夏的较量，得失相参，却无不凸显其雄心勃勃的个性。无奈到他即位时，宋朝内政外患诸问题早已积重难返，绝非短期内急功近利所能解决的，这就决定他成不了一代雄主。他在新法与开边两方面都显得操之过急，在对西夏的战争上尤其如此，宋朝在灵州之战与永乐之役中死伤将士民兵多达六十万，失误不可谓不大。