王韶、李宪二人有了分歧，又难于说服对方。最后只好折衷处理：各率一路，各依其计而行。王韶于是率锐师绕开河州，直袭定羌城，出其不意全力攻打结河羌，切断西夏通道，继而命偏将进入南山要冲。李宪则率所部在河州城外督兵力战。早在李宪巡视西北之前，赵顼曾赐给他一面黄旗，旗上御书七个大字：“用命破贼者倍赏。”
李宪深知西北将士心向王韶，随己而征的人斗志不盛。于是，他出征前手执黄旗立于军营门口，号令三军将士说道：“此旗是天子所赐，众将士望旗而战，即如天子亲临督战，敢不用命！”将士们果然精神振奋，争呼誓死向前。李宪又督促众将士将傍山建造的所有营帐烧掉，以表示死战之决心。
他随即率军开赴河州前线，与瞎征所部在河州城下展开了惨烈的白刃战。这一仗，杀得天昏地暗，双方折损极为惨重。李宪又生一计，命部将抄后路烧毁了木征等人的毡帐时，羌人这才人心大散，纷纷逃往踏白城死守。李宪顺势挥师，大破敌军，一举攻取踏白，并进至余川，连破十余座城垣堡寨，木征见大势已去，于是率残部到宋营投降。
河州之役的胜利，犹如给赵顼注射了一支兴奋剂。满朝文武也大事庆贺，李宪以功加昭宣使、嘉州防御使。他回京师后，升为内侍省押班、皇城司事，都是令人侧目的恩宠。李宪深知朝臣对他担任西疆帅臣颇为不满，为博取赵顼的宠信，不给朝臣抨击他的口实，他决心在西北边疆建功立业。
赵顼于是安排李宪仍回泰安边疆，计议秦凤、熙河诸路边事，并严令泰安诸将皆听从李宪节度。御史中丞邓润甫，以及御史周尹、蔡承禧、彭汝砺等人纷纷上疏，认为“西羌之祸害小，任用李宪之祸害大;李宪无功祸害小，李宪有功祸害大”，极力反对李宪法主持泰安军务，但因赵顼对李宪恩宠有加，极为信任，还是维持原命，诏令李宪赴泰安就任。
熙宁九年五月，羌酋隆吉卜等率众扰边，羌人降将瞎征请求带兵征讨，以报宋朝不杀之恩。李宪部将都认为不能答应，唯恐瞎征有诈。但李宪却支持瞎征，说道：“这又有何不可？羌人天性畏惧贵人。瞎征本为贵人，当能取胜。”认为大可不必如此拘谨。当此关头，如果朝廷对瞎征将信将疑，反而会加深他对朝廷的贰心，不如因势利导，给他一个报恩的机会。于是他力排众议，派瞎征带兵征讨。
瞎征盛装出征，与隆吉卜所部对面列开兵马。隆吉卜手下都是临时凑集起来的散兵游勇，见到瞎征如此威风，先自没了斗志。瞎征挥戈掩杀，李宪的后续部队也乘机而上，于是大获全胜，酋首隆吉卜也战死于乱军之中。这一仗是李宪重返西北的第一次大捷。不久，另一支由董毡率领的吐蕃军队也迫于宋朝神威，前来归顺。消息传到京师，赵顼自然恩宠倍至，加封李宪为宣州观察使、宣
政使、入内副都知，后又迁为宣庆使。
当时，由于朝廷对西夏连年用兵，国家财政颇为吃紧。粮饷军需物资往往匮乏不继，朝臣对此早有不满。赵顼又诏命李宪兼管熙河、秦凤两路财政。李宪受命，果断裁减了十分之六的冗费开支，使得西北财政顿时缓解，可谓经制有方。同时，李宪为了讨好赵顼，每年将西山的巨大木材源源不断地运往京师，供赵顼营修宫殿。为此，赵顼专门在京师瑞皮坊赐给他一座华丽的园宅。
西夏李秉常被囚之后，国内一片混乱。西夏保泰统军禹藏花麻以李秉常罹遭囚禁为名，敦请宋朝发兵进攻梁太后。宋朝认为这是对西夏用兵的难得机会，于是赵顼御笔亲书伐夏之命，准备发动五路大军进攻西夏，李宪不仅参与其事，而且被任命为五路统帅，掌有节制诸路之重权。
再说孙固听了赵顼的话之后，怒道：“伐夏大事，却让一个阉人为主帅，将士们果真肯听命吗？”赵顼一听，怒容满面，非常不悦。孙固知道不便继续劝谏，随即退出。很快由王珪、蔡确等人，议定好了五路出师的计划。
孙固又约吕公著进谏，孙固先启奏道：“现在商议五路进兵，却没有大帅统率，就算能够成功，也会导致兵乱。”赵顼说道：“既然内外没有统帅之材，只好不设统帅。”吕公著也进谏道：“既然没有统帅，不如罢兵。”孙固又接口说道：“公著说的甚是。请陛下采纳！”赵顼却沉着脸说道：“朕意已决，你们不必多言。”孙固、吕公著又碰了一鼻子灰，只得出朝。
赵顼于是命李宪出熙河，种谔出鄜延，高遵裕出环庆，刘昌祚出泾原，王中正出河东，采用分进合击之法。赵顼还下诏吐蕃首领董毡率兵会征，于是鼙鼓喧天，牙旗蔽日，大战争迫在眉睫。西夏梁太后听到宋朝准备大动干戈的消息，慌忙分遣自己所能控制的各监军司兵，由大元帅梁永能总领抵御。
赵顼这次为了一举平定西夏，几乎动用宋朝的老底。熙河路经略使李宪领兵出熙河，鄜延路总管种谔领兵出鄜延，环庆路经略使高遵裕领兵出环庆，泾原路副总管刘昌祚领兵出泾原，河东路经略使王中正领兵出河东。五路大军，共有五十多万人马，浩浩荡荡围攻西夏。
宋军的计划是：泾源、环庆两路先取灵州，然后直取兴州。河东、鄜延两路会师夏州，再取怀州，最终直逼兴州，企图一举荡平西夏。在赵顼给李宪的诏书里也有明确的表述，说道：“此番用兵，非一般战事而，意在荡平项羌。此决非小事，若不上下一心，将士协力，何以致胜故当不惜爵赏，以励三军将士，一举图之！”
李宪统领熙秦七军，以及董毡的三万兵马，首先进入西夏境内。驻守在西夏西使城的西夏首领讹勃哆，闻风而降。西夏梁太后的弟弟粱乞埋，派兵数万赶去增援西使
城。走到半路，就听到了讹勃哆降宋消息，只好退守龛谷城。龛谷城是西夏粮仓之一，李宪占领西使城后，乘胜挺进龛谷城，大获全胜，于是改城为寨。
里面所储藏的大量粮谷全部被宋军缴获，还有弓箭等兵器无数。李宪已夺得伐夏头功。接着，他派副将驻守此地，又挥师向西攻取了兰州。节节胜利之际，李宪在兰州上疏赵顼，请求筑兰州城建立帅府，以震慑西夏。
与此同时，鄜延总管种谔率部在米脂寨，击败了西夏梁永能的八万大军。接着，相继攻克石州、夏州、银州三重镇。环庆经略使高遵裕，也迫降了西夏清远军守将嵬名讹讥。河东经略使王中正所部，因为一路尽是沙丘沼泽，行动缓慢一点。但是他抵达宥州之后，夏兵也闻风溃逃。
宋兵进城之后，把城中老弱病残五百余户杀戮殆尽。泾原副总管刘昌柞进入西夏后，在葫芦河与夏军决战。他却凭着一股锐气，横冲过去，夏军纷纷败走，逃回灵州。结果夏人大首领没罗卧沙、监军使梁格嵬被杀，梁乞埋的侄儿讫多埋等二十多人被俘。刘昌祚乘胜攻入呜沙州，得到了西夏国库百万余石粮食。
五路大军的捷报，陆续送入京城。赵顼得知，很是高兴，当即下诏令李宪统率五路，直接去捣毁西夏都城。哪知诏书才下不久，赵顼却接连收到了败报。各路将士，不是被溺死，就是被冻死、饿死。剩下一些快死没死的疲卒，侥幸保全了性命，狼狈逃归。
西夏军队一败再败，梁太后召集诸将，共议防御方法。年少气盛的将士，无不主战。老将嵬名令公却不以为然，只有他独自献策道：“宋军远来，利在速战。我军不必强硬拒敌外，我们可以采用坚壁清野，诱他深入。同时我们在灵夏聚集士兵，准备以逸待劳，再遣轻骑抄袭敌后，断他饷运，他已不战自困，恐退兵都来不及。”梁太后大喜，果断采纳了这一建议，调集十二监军司十万大军，重点防守兴州要冲之地。
因此宋军五路并进的时候，夏军没有和他们进行酣斗，大多退走。刘昌祚率军五万首先攻到灵州城下的时候，高遵裕也率兵赶到。就在刘昌祚即将入城之际，高遵裕害怕这次战功被刘昌祚拔定头筹，便利用节制刘军的权力阻止刘昌祚攻入灵州，定下了所谓合围灵州的下下之策。
当时，赵顼也深恐刘、高孤军深入兴、灵二州有所不测，急命李宪亲自率领重兵、押运粮草从兰州赶往兴、灵二州，董毡也率吐蕃军协助同往，以为后援。但是此时的李宪却一心放在了建立兰州帅府上面，对于再率重兵增援，并没有多大兴趣。在进发兴、灵二州的途中，因为遇到了夏军的阻截，李宪错误地决定折道天都山，并焚烧了西夏的南牟内殿和所有馆库，迫使西夏统军星多哩鼎退守葫芦河流域。然后李宪班师，回到了兰州。