Đội hình quân Tống bị xé đứt thành từng đoạn, sang bao nhiêu bị giết bấy nhiêu nên phải rút chạy về bờ bắc. Quân tiên phong của Miêu Lý trở nên cô thế chống cự không nổi, bị vây kín bốn mặt.
Quách Quỳ không phải là nhân vật tầm thường mà là một danh tướng rất lão luyện. Chỉ với việc trong vòng 10 ngày vượt qua được các tuyến phòng thủ mạnh của Đại Việt ở biên giới, đi đường vòng vượt qua cửa ải Giáp Khẩu, khuất phục Lưu Kỷ, chiêu hàng một loạt các tù trưởng cũng chứng tỏ bản lĩnh của viên tướng này. Chẳng những thế, nhiều tướng sĩ dưới trướng trong đội quân xâm lược Đại Việt là tinh hoa của quân Tống. Bấy giờ, Quách Quỳ vượt ngàn dặm đến gần sát Thăng Long, thì gặp phải trước mặt là trùng trùng chiến lũy, sông lớn ngăn cách. Chiến tuyến Như Nguyệt như một tấm khiên vững chắc chặn ngang mũi giáo của quân địch, che chở cho trung châu Đại Việt.
Quân Tống chia quân lập trại ngay bờ bắc bến Như Nguyệt, tạo thành những cụm quân lớn liên hoàn. Có hai khối quân chính yếu là tổng trại của Quách Quỳ và trại của Triệu Tiết. Trại quân Tống bố trí theo hình tròn, rìa ngoài là quân canh giữ, bên trong là lực lượng tinh binh làm trù bị. Chính giữa đoạn đường nối hai trại của Quách Quỳ và Triệu Tiết là một cụm quân trung gian, và dọc theo đoạn đường giữa hai trại là hàng loạt các khối quân nhỏ nữa. Xung quanh mỗi trại, là các cụm quân làm vệ tinh.
Ban đầu, Quách Quỳ định chờ đợi thủy quân Tống tới để phối hợp vượt sông nhưng rất nhanh sau đó, kế hoạch đã được sắp xếp lại. Châu mục Hoàng Kim Mãn, trước là tri châu Môn phía Đại Việt, nay hàng Tống và làm hướng đạo đã chỉ điểm cho giặc một lối thuận tiện để bộ binh vượt sông. Tướng giặc Miêu Lý cùng thuộc hạ đến nơi quan sát sang bờ nam thấy vắng bóng quân Đại Việt, tâu với chủ tướng Quách Quỳ rằng : “Giặc đã trốn đi rồi. Xin cho quân qua sông”. Đầu tháng 2.1077, Quách Quỳ liền hạ lệnh cho quân lính nhân đêm tối gấp rút dùng gỗ bắc cầu phao vượt sông. Kỹ thuật bắc cầu phao gỗ là một trong những phát minh quân sự đắt giá của Tống thời bấy giờ. Đến sáng thì cầu phao bắt xong, đội tiên phong Tống do tướng Miêu Lý chỉ huy ào ào vượt sông, tiến sâu vào bờ phía nam, tướng Vương Tiến cầm quân chốt giữ ngay đầu cầu đón đại quân Tống tràn sang chi viện. Quân Tống quyết liệt đánh gấp vì ngại rằng thủy quân ta sẽ kịp kéo tới phá cầu.
Tưởng chừng như quân Tống đã xuyên thủng được phòng tuyến cuối cùng của Đại Việt, thì đến vùng Yên Phụ, tiên phong quân Tống gặp phục binh quân ta thình lình nổi lên đánh giết dữ dội. Các tốp quân Tống nối đuôi phía sau cũng bị quân Đại Việt tấn công tạt sườn. Đội hình quân Tống bị xé đứt thành từng đoạn, sang bao nhiêu bị giết bấy nhiêu nên phải rút chạy về bờ bắc. Quân tiên phong của Miêu Lý trở nên cô thế chống cự không nổi, bị vây kín bốn mặt. Miêu Lý cùng quân sĩ đạo tiên phong dưới trướng liều chết rút về hướng cầu phao thì cầu đã bị tướng Vương Tiến chặt đứt vì sợ quân Đại Việt tràn qua bờ bắc, chúng rơi vào cảnh tiến thoát lưỡng nan, bị giết đến quá nửa và bị đẩy xuống sông chết đuối. Số tàn quân còn lại một phần được bè của quân Tống bờ bắc chèo sang cứu về, số khác may mắn bơi về được bờ bắc. Tướng Miêu Lý thoát chết nhờ nhảy được lên thuyền nhỏ chèo về bờ bắc.
Đợt vượt sông đầu tiên thất bại thảm hại do mắc bẫy mai phục của Lý Thường Kiệt, Quách Quỳ lại muốn chờ đợi thủy quân tới phối hợp. Nhưng đợi mãi chẳng thấy bóng thủy quân Tống đâu, kể từ khi quân của Quách Quỳ tiến tới được bến Như Nguyệt 18.1.1077, quân Tống đã trải qua cả tháng trời dẫm chân tại chỗ. Quân Tống bấy giờ đã quá xa hậu phương, tải lương đi ngàn dặm, hậu cần dần trở nên thiếu thốn. Vì vậy, Quách Quỳ phải tính kế vượt sông lần thứ hai. Quân Tống điều động phu phen đốn gỗ kết thành những chiếc bè khổng lồ, mỗi chiếc chở được đến hơn 500 quân cùng đầy đủ vũ khí trang bị. Chuẩn bị xong, quân Tống ồ ạt vượt sông bằng bè. Các toán quân Tống đổ bộ lên bờ lập tức dùng hỏa khí đốt phá chông tre và chiến lũy phía Đại Việt, và dùng gươm đao chặt phá chiến lũy. Tuy nhiên những trò này chẳng ăn thua gì, quân Đại Việt bình tĩnh dựa vào chiến lũy mà phòng thủ vô cùng hiệu quả. Quân Tống sang bè nào thì bị giết sạch bè nấy, cứ thế lớp này đến lớp khác, thiệt hại đến gần vạn quân. Quách Quỳ đành phải ngậm ngùi hạ lệnh thu quân. Cuộc vượt sông lần thứ hai của quân Tống thất bại hoàn toàn.
Hai bên ghìm nhau ở đôi bờ sông. Đêm đêm, Lý Thường Kiệt ngầm sai người vào đền Trương Hống, Trương Hát ngâm vang bài thơ :
Nam quốc sơn hà nam đế cư
Tuyệt nhiên định phận tại thiên thư
Như hà nghịch lỗ lai xâm phạm
Nhữ đẳng hành khan hủ bại hư
Giọng thơ đọc ngân vang rùng rợn như tiếng quỷ thần, khích lệ sĩ khí quân Đại Việt lên cao tột độ, và làm cho quân Tống nghi ngoặc hoang mang. Đó là đòn tâm lý chiến mà Lý Thường Kiệt đã dùng để vừa nâng cao tinh thần quân ta, vừa uy hiếp tinh thần quân địch.
Quách Quỳ sau hai lần vượt sông thất bại, đành thôi không tổ chức vượt sông nữa. Quân Tống sai quân đốn gỗ, làm máy bắn đá bắn phá các chiến lũy và thuyền chiến Đại Việt đậu ở bờ nam. Quân Đại Việt cũng có máy bắn đá nhưng không bắn xa được tới bờ bắc. Tuy nhiên, việc dùng máy bắn đá bắn phá của quân Tống cũng không gây thiệt hại đáng kể cho quân Đại Việt do mật độ quá thưa thớt. Quách Quỳ hạ lệnh “ai bàn đánh sẽ chém”. Lý Thường Kiệt nhiều bận khiêu chiến nhưng quân Tống cũng không sang đánh. Thủy quân Đại Việt thi thoảng xuôi dòng sông đánh phá rồi lại rút đi. Có lúc thấy thủy quân Đại Việt từ Vạn Xuân xuôi dòng tiến tới, quân Tống lại tưởng là thủy quân phe mình. Đến khi lại gần chúng mới nhận ra là quân ta đến đánh. Thủy quân Đại Việt vừa tấn công vừa ra sức quát tháo mắng chửi để chọc tức, khích quân Tống sang sông.
Quân Tống chia quân giữ kỹ bờ, đặt máy bắn đá phòng thủ, thủy quân ta không làm gì được nhiều. Chiến sự Như Nguyệt cứ thế kéo dài chậm chạp, thủy quân mà Quách Quỳ trông ngóng mãi vẫn không thấy tới. Quân Tống không biết rằng cánh thủy quân của Dương Tùng Tiên đã hoàn toàn thất thế và vô vọng trước thủy quân của Lý Kế Nguyên. Càng ở lâu, điểm yếu về hậu cần và không hợp thủy thổ của quân Tống càng hiện ra rõ nét. Vùng bắc ngạn sông Cầu thời bấy giờ là vùng thưa thớt, quân Tống không thể cướp phá được lương thực mà phải phụ thuộc hoàn toàn vào sự vận chuyển của phu dịch. Dân phu ngoài việc vận chuyển lương thực cho quân lính thì lại phải mang theo số lương thực để nuôi sống chính bản thân mình. Vì vậy mà việc vận lương trở nên vô cùng khó khăn cho quân Tống.
Theo tính toán ban đầu khi chuẩn bị xâm lược, người Tống tính ra phải có 40 vạn dân phu. Tuy nhiên cố gắng lắm Tống chỉ điều động được 20 vạn phu. Nay số phu này phải gồng mình làm việc, bị chết dần do kiệt sức. Hễ có dân phu chết, thì số sống còn lại phải làm luôn việc của người đã chết nhằm đảm bảo hậu cần cho đại quân Tống. Trong hoàn cảnh đó, các đội quân của phò mã Thân Cảnh Phúc vốn chưa bị đánh tan lại hoạt động mạnh ở vùng hậu tuyến giặc, khoét sâu vào điểm yếu của chúng. Quân Tống đóng lâu ngày ở Như Nguyệt, sức chiến đấu cứ yếu dần.