Nắm thời cơ, vào tháng 11.1075 bộ binh Đại Việt tấn công chớp nhoáng trên toàn tuyến biên giới. Các trại Hoành Sơn, Vĩnh Bình, Thái Bình, Tây Bình của Tống nằm gần biên giới lần lượt bị chiếm nhanh chóng.
Để bẻ gãy cuộc xâm lược của nước Tống ngay từ trong trứng nước, triều đình Đại Việt đã quyết định hành động theo kế hoạch của Thái úy Lý Thường Kiệt mở một cuộc tấn công phủ đầu quy mô lớn vào đất Tống. Mục tiêu cụ thể của cuộc tấn công này chính là ba thành Ung Châu (thuộc Nam Ninh, Quảng Tây ngày nay), Khâm Châu, Liêm Châu (thuộc Quảng Tây ngày nay). Đó là những điểm tập kết lương thảo, khí giới, nhân lực của quân Tống dành cho cuộc xâm lược Đại Việt, cũng là những đầu mối giao thông quan trọng trên tuyến đường vận chuyển của nước Tống về phía nam. Chính Thái úy Lý Thường Kiệt là người được giao quyền tổng chỉ huy trong chiến dịch sống còn này.
Thoạt nhìn tương quan lực lượng hai nước, có lẽ nhiều người sẽ nghĩ cuộc tấn công của Lý Thường Kiệt vào đất Tống chẳng khác nào tự sát, lấy trứng chọi đá. Dân số ước tính của nước Tống thời bấy giờ khoảng 40 triệu người, quân số có tới hơn 100 vạn quân thường trực. Trong khi đó dân số Đại Việt thời này ước tính khoảng 4 triệu người, quân thường trực có chừng 7 vạn. Nhưng xét kỹ sẽ thấy, bấy giờ năm 1075 quân đội nước Tống đa phần lính tráng tinh nhuệ vẫn đóng ở biên thùy phía bắc để phòng thủ hai nước Liêu, Hạ. Số quân ở phía nam kém hơn, và cũng ít hơn. Quân số toàn lộ Quảng Tây của Tống ít hơn quân số Đại Việt.
Nước Tống rộng lớn, để tập trung được số quân đông cho các trận chiến cần phải có đủ thời gian di chuyển trên những quãng đường dài để tập họp. Kể cả thông tin liên lạc từ lộ Quảng Tây tới triều đình Tống và ngược lại cũng là cả một vấn đề lớn. Tin tức từ biên giới Tống – Việt về đến Biện Kinh nước Tống thời bấy giờ trung bình mất khoảng một tháng rưỡi. Nếu gặp phải những đội quân cơ động nhanh, dùng chiến thuật tốc chiến để diệt từng điểm một trên lãnh thổ thì quân Tống ắt sẽ gặp cảnh khốn đốn vì thông tin liên lạc chậm và không kịp điều quân cứu viện. Đó chính là chìa khóa để nước nhỏ có thể đánh thắng, thậm chí thôn tính nước lớn.
Lý Thường Kiệt làm tổng chỉ huy toàn đội quân Bắc chinh đông tới khoảng 10 vạn quân, xuất quân vào tháng 10.1075. Trong đó bộ binh gồm phần lớn là quân các châu động phía Bắc do tướng Tông Đản làm tổng chỉ huy, dưới trướng Tông Đản là các tù trưởng ở các châu động biên giới phía bắc Đại Việt. Bao gồm Lưu Kỷ tri châu Quảng Nguyên, Hoàng Kim Mãn tri châu Môn, Thân Cảnh Phúc tri Lạng Châu, Vi Thủ An tri châu Tô Mậu… Mỗi tù trưởng đều có quân bản bộ chừng vài ngàn. Khi có chiến sự, triều đình sẽ điều động họ tham chiến. Các tù trưởng đều tự cầm quân của mình, phối hợp với nhau dưới trướng một tổng chỉ huy chung. Tổng binh lực cánh bộ binh chừng 4 vạn quân, tập kết ở các châu Quảng Nguyên, châu Môn, Quang Lang, Tô Mậu phụ trách tấn công biên giới Tống từ phía Tây Nam. Quân đội các châu động đi đánh trận mang cả vợ con đi theo. Cả đoàn người vừa quân lính vừa gia đình đông đến 6 – 7 vạn người, đánh đến đâu cướp kho lương của địch làm lương ăn đến đấy.
Chủ lực là quân chính quy triều đình gồm khoảng 6 vạn quân do Lý Thường Kiệt đích thân chỉ huy đóng ở châu Vĩnh An với một đội chiến thuyền hùng hậu. Thuyền chiến dùng trong chiến dịch này là loại thuyền biển to lớn, chở theo cả tượng binh. Cánh quân này phụ trách tấn công từ phía ven biển các châu Khâm, Liêm. Quân đội Đại Việt thời Lý tuy thời bình không đông, nhưng khi có chiến tranh thì lập tức điều động được một số lượng lớn quân lính. Đó là nhờ chính sách Ngụ Binh Ư Nông nổi tiếng. Các trai tráng trong nước đều được thống kê hộ tịch gọi là các Hoàng nam. Các Hoàng nam khỏe mạnh nhất sẽ sung quân nhưng vẫn ở nhà làm ruộng và luyện tập trong thời bình, chỉ giữ lại một số quân nhất định trong đội ngũ. Số quân làm ruộng sẽ được điều động khi có chiến tranh.
Dân chúng Đại Việt thời Lý rất thượng võ, người dân đa phần tráng kiện. Khi có chiến tranh lớn đe dọa đến tồn vong của đất nước thì tất cả Hoàng nam sẽ nhập ngũ, số dân chúng còn lại cũng tổ chức thành các đội dân binh hay giúp việc hậu cần. Nhờ chính sách hộ tịch chặt chẽ và chính sách quân ngũ ưu việt, dân tộc Việt thời Lý thực sự là một dân tộc chiến binh. Thời điểm Lý Thường Kiệt tấn công phủ đầu nước Tống, cấm quân tinh nhuệ bậc nhất của Đại Việt không tham chiến mà nhận nhiệm vụ trú phòng tại kinh thành Thăng Long vì quân vương còn nhỏ. Tuy vậy đa phần quân lính trong số 6 vạn quân theo Lý Thường Kiệt bắc chinh cũng là những quân lính dày dặn trận mạc, chất lượng hơn hẳn quân Tống ở biên thùy phía nam.
Đầu tiên, cánh quân của tù trưởng Vi Thủ An từ Tô Mậu được lệnh tấn chiếm trại Cổ Vạn của Tống vào ngày 27.10.1075 mở màn cho chiến dịch. Trại này nhanh chóng bị chiếm. Đó là bước thăm dò và là mồi nhử quân Ung Châu rời thành. Quân Tống thấy quân châu động chiếm trại, đã điều quân đồn trú từ thành Ung Châu xuống các trại biên giới để phòng bị. Nhưng mặc khác vì thấy quân tấn công chỉ là quân của tù trưởng, phía Tống vẫn cho rằng đây chẳng qua là vụ đánh phá mang tính cục bộ ở biên giới. Vua Tống hạ chỉ cho quan lại biên giới không làm lớn chuyện hòng che giấu âm mưu chuẩn bị đánh chiếm nước ta.
Nắm thời cơ, vào tháng 11.1075 bộ binh Đại Việt tấn công chớp nhoáng trên toàn tuyến biên giới. Các trại Hoành Sơn, Vĩnh Bình, Thái Bình, Tây Bình của Tống nằm gần biên giới lần lượt bị chiếm nhanh chóng. Quân Tống bị thiệt hại nặng nề, hầu như không còn quân che chắn hướng Tây Nam cho thành Ung Châu. Các tướng giữ trại của Tống là Lâm Mậu Thăng, Tô Tá, Ngũ Cử, Quách Vĩnh Nghiêm đều bị giết. Tông Đản cho hội quân thẳng tiến thành Ung Châu như vào chốn không người. Cánh quân của Tông Đản vừa hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ chiếm cứ các châu động biên thùy làm bàn đạp tấn công thành Ung Châu, vừa dẫn dụ và tiêu diệt một phần lớn sinh lực quân đồn trú từ thành Ung Châu kéo tới. Ngoài ra, cánh quân này cũng hoàn thành nhiệm vụ nghi binh, đánh lạc hướng quân Tống. Tạo điều kiện cho đại quân của Lý Thường Kiệt đánh úp từ phía Đông Nam thuận lợi.