金明砦一败，延州就暴露在西夏军面前了，李元昊早先派一个叫贺真的军官去范雍那里表示西夏愿意放弃独立，范雍信以为真，延州防备极为薄弱，石守信的孙子石元孙九州台五龙卢守勤也没了保安军一战的勇气，吓得号啕大哭。范雍和卢守勤于是谋划和西夏人议和，命令都监李康伯出城谈判，李康伯听到范雍要议和大怒，当即义正言辞拒绝，同时要范雍把自己斩了，至于命令决不接受，范雍和卢守勤心中有鬼，也不敢发作，只好连忙召集人马保卫延州。

正在延州危急时刻，一支精锐的宋军部队正在飞速昼夜兼程赶往延州，带队的正是宋朝的名将鄜延、环庆副都部署副总管刘平、鄜延副都部署石元孙，石元孙上边介绍了，刘平稍微介绍一下，此人堪称文武双全，弓马娴熟，武曾经剿匪立功，文居然进士及第，曾经担任监察御史，最后出任西北的高级军官，曾经准备上书仁宗皇帝，阐述攻取西夏的方略，不过奏折还没上交，一场大战就等着他了。最早刘平先是在庆州接到援救土门命令，所以匆忙带了3千骑兵出发了，和石元孙会合后又接到命令援救延州，同时刘平向各路人马发出集结命令。刘平急着往前赶，走到离三川口（今陕西省延安市枣园）10里发现其他各路人马没到，又向回走20里终于和鄜延路都监黄德和部2千人，以及巡检万俟政、郭遵部会合，宋军总的数量宋史

西夏军约10万人，宋军处于明显劣势，有部下向刘平提出双方实力过于悬殊，刘平平时为人侠直，又有点轻敌，道义士赴人之急，蹈汤火若平地，况国事乎!”毫不犹豫的杀向延州。李元昊听到消息心生毒计，派人假冒范雍手下，对刘平说，范雍在东门等候将军，不过怕奸细混入，希望将军的部队分批开拔。此时刘平离延州20里，刘平先后发了50队2500名士兵，这时发现先前的使者不见了，知道有诈，立即部队结成战斗队形，继续进发，在离延州5里的三川口（今陕西省延安市枣园）突然遭遇李元昊的部队，只见西夏军“四山鼓角雷鸣，埃烟斗合，蕃兵墙进”，很快两军中午时分隔延水对峙，双方阵型都很稳重，排出防守型的偃月阵，这是个适合长程弩箭发挥的阵型，大将据中，两翼可以对中间的敌军发动钳形攻势。

西夏军首先开始进攻，他们涉过延水后改变阵型，变为横阵冲击队形，刘平立即下令大将郭遵和王信带骑兵半渡而击，大将郭遵，手中铁鞭，铁枪，一共有90多斤，王信也曾经生擒盗匪70余人，勇悍过人，两人都是有名的勇将，听得命令当即杀了过去。李元昊见郭遵一马当先，下令麾下一名勇将前去阻挡，郭遵一鞭就把敌将脑袋砸得粉碎，宋军大呼，郭遵带兵奋击，“所向披靡”，西夏军队死伤惨重，当即被击毙数百人，更有近千人溺水身亡。但西夏人数太多，而且训练有素，所以依然阵型不乱，郭遵的骑兵队没能攻入西夏核心阵地，西夏人不顾伤亡，前仆后继杀了过来，宋军乱箭齐发，西夏人没法靠近，就取来了巨型盾牌，掩护前进，刘平见势身先士卒，立即带领宋军蜂拥向前，展开混战，西夏军死伤惨重数千人阵亡，盾牌统统被宋军夺取，刘平头部、腿部都受了伤，但仍然坚持战斗。残酷的战斗还在继续，西夏人继续不知疲倦不顾伤亡的进攻，日暮时分从西南方向冲击宋军，宋军队列被冲散。危急时刻大将卢政带领200名士兵的强弩队赶到，乱箭齐发，西夏军又拖着同伴的尸体退了回去，但此刻宋军连番恶斗，消耗也很大，大将卢政建议暂时退却，说此处四面是山，天色夜晚了，如果敌军趁夜色居高冲击，我们很难抵挡，但刘平否决了这个提议。这时候西夏军暂时退却，宋军以为可以松一口气，不少将士拿着战利品到刘平面前邀功，刘平见将士有所松懈，连忙道：“形势危急，你们先自己把功劳记着，打完了，我一定重赏。”谁知话还没说完，西夏人派出轻装部队飞也似的杀到了宋军阵前，宋军一阵慌乱，加上征战疲惫，被西夏人一冲，有点支持不住，阵列向后退了30多步，前军4个指挥2000名骑兵被包围，加上宋军旗号系统混乱和刘平失去联络，正在紧要关头，宋军后军都监黄德和贪生怕死，见前军后退，就带兵逃往甘泉，刘平的儿子拉住黄德和马，苦苦哀求黄德和回军，黄德和不听，一溜烟就没影了。宋军见后军奔逃，士气沮丧，纷纷逃散，刘平极力阻止，留下了上千人继续抵抗，西夏人见宋军大乱，加紧攻击，宋将郭遵见大势已去，大呼杀贼，独自一人杀入西夏战阵，杀的西夏军人仰马翻，西夏军无法抵挡，连连后退，郭遵立即殿后护卫宋军退却，舞动大槊击杀左冲右突，无人可当。西夏人用铁索企图拦住他，郭遵此刻已经杀疯了，这些铁索统统被其打断，西夏人只好调来弓箭手，郭遵的战马中箭倒地，西夏人疯狂的冲上来将其杀害。

宋军此刻彻底溃败，但也表现出了非凡的勇气。他们边战边退，和西夏人激战了三天，一直退到西南山，西夏人少有退却，刘平带着残兵修建了7个寨子。

李元昊得意洋洋，晚上派人求见刘平，刘平不理睬，接着又派人伪装宋军送文书，被刘平斩首，又派人高呼“汝降乎? 不然，当尽死!”刘平不应。李元昊恼羞成怒，带领骑兵冲击，宋军早已精疲力尽，那里架得住虎狼冲击，顿时大乱，被一分为二，在军阵东边巡查的刘平和石元孙被俘获，残余宋军被全部歼灭。三川口战役结束。

刘平被俘后，威武不屈，破口大骂李元昊，说道“我头颈三尺长，等着你来砍呢。”刘平一直不肯屈服，病死在西夏，至死也没能踏上故土，石元孙被放回了宋朝，不久病死了。

刘平失败了，但是他的失败并不是没有价值的，刘平以少量部队拖住了西夏军主力，此刻宋军州都教练使折继闵、柔远寨主张岊，袭破浪黄、党儿二族，斩军主敖保，并代钤辖王仲宝，以兵入贺兰谷，击败蕃将罗逋于长鸡岭，李元昊接到败报，焦头烂额，只好退兵。

不少文章仅仅认为是天气下雪才使得退兵，事实并非如此。事实上刘平和西夏会战，地上已经积雪很深，宋史记载“时平地雪数寸“，可见当时天气就已经不好了，西夏退兵天气不过是其中一个次要原因罢了，即使是因为天气也正是刘平的自杀式战斗，才赢得了时间，促使包括天气在内的变数增多。

从战术看三川口是失败了，但从战略上看，刘平达到了其目的，宋军的指挥部延州保全了，当然刘平应该说指挥上也有不少商榷之处，不过瑕不掩瑜，刘平、石元孙、郭遵、万俟政等被俘和牺牲的将领不愧为帝国英烈。

夏军在三川口全歼刘、石部之后，集兵于延州城下，准备攻城，延州危在旦夕。这时恰逢天下大雪，寒风凛冽，夏军缺少御寒衣物，遂致军纪松弛，后来由于宋将许德怀偷袭元昊得手，军队无心再战。元昊又得报宋麟州都教练使折继闵、柔远砦主张岊，代州钤辖王仲宝率兵攻入夏境，于是率军回师，延州才解围。虽然宋朝成功抵御西夏军队的入侵，但是损失太多，而且宋朝甘陕青宁边境的防御也处于被动地位。

战后黄德和诬蔑刘平叛宋，刘平家属被逮捕，但金明寨的有2士兵逃回说出了真相，但文彦博企图找他们的时候，2个士兵不见了，估计很可能被灭了口，不过大将卢政逃回后，似乎真相大白了，但案件还是拖了大半年，很多边民要告御状说出真相，被人阻止，富弼发现后纠正了这一情况，皇帝更多的了解了实情，不久韩琦，范仲淹，庞籍，文彦博这些巨头纷纷出来说话，刘平终于平反，庞籍将黄德和腰斩，头颅挂在了延州城头，也算是对刘平的籍慰吧，大将卢政，王信没死后来都成了名将，宋朝派出了能干范仲淹，韩琦，庞籍等人出任西北军事长官，宋军旗号系统得到了改进，大将周美发动了一系列反攻陆续收复了包括金明寨的一些失地，任福的“打族”行动非常顺利攻陷了白豹城，但是宋廷内部的儒士们一如既往无休止的的在为攻守问题进行辩论，就在此时好水川战役爆发了。

三川口之战为西夏的生存与发展奠定了军事基础。

三川口败后，黄德和反诬刘平降敌，刘平家属被官方逮捕。金明寨有两士兵逃回说明真相，殿中侍御史文彦博在河中府置狱，派庞籍前往调查，庞籍调查后称“德和退怯当诛。刘平力战而没，宜加恤其子孙”，黄德和被判腰斩，枭首于延州城下。此时宋廷以为刘平已死，追赠朔方节度使，谥壮武，“子孙及诸弟皆优迁”。不久有党项人来报刘平“在兴州未死，生子于贼中”。宋廷不信。后来同被俘的石元孙放还返宋，确定刘平未死。刘平后来卒于兴州。