Thuyền Tống to lớn cơ động chậm, bị các chiến thuyền thực thụ của Đại Việt nhanh nhẹn bao vây tiêu diệt từng chiếc. Quân lính Tống ô hợp không biết xoay sở thế nào, bị quân Đại Việt tắm máu. Binh thế Tống đứt đoạn không sao cứu vãn nổi, nhưng vì thủy quân Tống rất đông nên thủy quân Đại Việt giết không xuể.
Thủy quân là một bộ phận quan trọng trong toàn bộ kế hoạch xâm lược của nước Tống. Như các kỳ trước đã nói, thủy quân Tống thời kỳ này là một đội quân “thời vụ”, được gây dựng vội vàng chỉ nhằm phục vụ cho cuộc thôn tính Đại Việt. Lính tráng của thủy quân Tống đa phần là dân ven biển được tuyển mộ và huấn luyện trong thời gian ngắn, còn chiến thuyền là những thuyền buôn hoán cải. Xét về chất, thủy quân Tống kém Đại Việt xa cả về lính lẫn thuyền. Bởi Đại Việt là một nước có cơ sở văn hóa sông biển mạnh, lãnh thổ nhiều sông ngòi và giáp biển, thường xuyên phải dùng đến thủy quân cho các cuộc xung đột với Chiêm Thành và đánh dẹp trong nước.
Tuy nhiên, sự kỳ vọng của triều đình Tống cùng tướng Quách Quỳ vào thủy quân Tống không phải là viển vông hay thiếu cơ sở. Với tiềm lực của một đế chế rộng lớn và đông dân hơn Đại Việt gấp nhiều lần, nước Tống toan dùng ưu thế số lượng để bù lại sự yếu kém về chất lượng. Các thuyền buôn mà Tống chọn sung công để dùng cho thủy quân là các thuyền đi biển cỡ lớn, vừa chở được nhiều quân lính vừa giảm chao đảo khi di chuyển. Thủy quân Tống có đến hàng trăm thuyền lớn. Mỗi chiếc chở được hơn trăm lính đến hàng trăm lính.
Quân số đạo thủy quân Tống, theo sách Nghệ thuật đánh giặc giữ nước của dân tộc Việt Nam thì có đến hơn 5 vạn quân, do tướng Dương Tùng Tiên chỉ huy. Dương Tùng Tiên được vua Tống phong làm An Nam đạo hành doanh Chiến trạo đô giám, phối hợp với một số quan chức khác phụ trách từ tuyển mộ quân, trưng thu thuyền đến vạch kế hoạch tác chiến. Thủy quân Tống áp đảo hoàn toàn về số lượng so với thủy quân Đại Việt phía mạn đông bắc do Lý Kế Nguyên chỉ huy. Thủy quân của Lý Kế Nguyên chỉ có dưới 2 vạn quân theo như sách Danh tướng Việt Nam ước đoán Thậm chí toàn bộ binh chủng thủy quân Đại Việt cũng ít hơn quân số đạo thủy quân Tống.
Theo kế hoạch ban đầu mà tổng chỉ huy thủy quân Tống – tướng Dương Tùng Tiên vạch ra là dùng thủy quân đi vòng đường biển để tiến thẳng vào lãnh thổ Chiêm Thành, phối hợp với quân Chiêm đánh ngược lên từ phía nam Đại Việt, tạo thành thế gọng kìm. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện, kế hoạch này đã tỏ ra quá sức đối với Tống. Bởi việc cho hàng vạn thủy quân đi đường biển xa xôi như thế đòi hỏi sự chuẩn bị về hậu cần quá lớn, trong khi thời gian chuẩn bị thì có hạn. Việc chuẩn bị hậu cần như thế vượt ngoài tiềm lực của bất kỳ đất nước nào thời bấy giờ, kể cả Tống. Do sự phá sản của kế hoạch vượt biển vào Chiêm, thủy quân Tống phải chuyển sang kế hoạch mới. Đó là men theo ven biển đông bắc Đại Việt để xâm nhập vào nội địa theo ngã sông Bạch Đằng, phối hợp với đạo bộ binh của Quách Quỳ, chở quân sang sông lớn để chiếm kinh thành Thăng Long.
Thủy quân Tống tập kết ở Khâm Châu, vào cuối thu 1076 đã vượt biển tiến vào địa giới châu Vĩnh An mà đạo quân của tướng Nhâm Khởi đã chiếm đóng từ trước đó. Tại Vĩnh An, quân Đại Việt rút lui tạm nhường trận địa cho giặc. Lý Kế Nguyên âm thầm cho lực lượng thủy quân của mình đặt mai phục ở sông Đông Kênh, tuyến đường huyết mạch mà ông dự liệu chắc rằng thủy quân Tống phải đi qua. Vì rằng, đó là cách giải thích hợp lý nhất cho việc quân Tống ra quân chiếm Vĩnh An từ rất sớm. Đông Kênh vốn là một dải nước ven biển giữa đất liền và các hải cảng từ Vĩnh An đến Bạch Đằng.
Đúng như dự đoán, tướng Dương Tùng Tiên cùng thủy quân Tống tiến quân vào Vĩnh An mà không hề thấy sự chống cự nào của thủy quân Đại Việt, bèn lệnh cho toàn quân xếp hàng dọc theo dòng Đông Kênh tiến gấp về hướng cửa sông Bạch Đằng, lọt ngay vào trận địa mai phục của quân Đại Việt chờ sẵn. Lý Kế Nguyên phát lệnh tấn công, thủy quân Đại Việt dốc toàn lực đánh dữ dội vào đội hình thuyền địch. Lúc này thì toàn bộ những nhược điểm của thủy quân Tống bộc lộ. Thuyền Tống to lớn cơ động chậm, bị các chiến thuyền thực thụ của Đại Việt nhanh nhẹn bao vây tiêu diệt từng chiếc. Quân lính Tống ô hợp không biết xoay sở thế nào, bị quân Đại Việt tắm máu. Binh thế Tống đứt đoạn không sao cứu vãn nổi, nhưng vì thủy quân Tống rất đông nên thủy quân Đại Việt giết không xuể.
Dương Tùng Tiên lui thuyền về cửa sông Đông Kênh phía bắc để chỉnh đốn lực lượng cố thủ. Quân Đại Việt truy kích, giao chiến hơn 10 trận lớn nhỏ với quân Tống và luôn dành thế thắng, hàng vạn thủy quân Tống bỏ xác nơi đáy nước. Dương Tùng Tiên thế cùng phải lệnh cho thủy quân tháo chạy ra biển, lui về tận vùng biển Khâm Châu, Liêm Châu để lập thủy trại. Giờ đây chẳng những không tiến quân được, trái lại thủy quân Tống còn lo ngại thủy quân Đại Việt sẽ tràn sang hải cảng của Tống. Dương Tùng Tiên về chẳng dám về, cho thuyền lượn lờ chiếu lệ trên biển đến hàng mấy tháng trời và gởi thư về đất liền Tống dặn dò phòng bị :“Vừa rồi, tôi gặp quân liên lạc của giặc mang lệnh của viên hành quân chiêu thảo sứ bên giặc là Lý Kế Nguyên. Sau đó nhiều lần tôi đánh chúng, nhưng chúng không có ý khuất phục. Vậy xin hãy ra lệnh phòng bị nghiêm ngặt ở biên giới để tránh sự bất ngờ”.
Hai viên hiệu dụng là Phàn Thực, Hoàng Tông Khánh cùng một tốp nhỏ thuyền được Tùng Tiên sai vượt biển xuống Chiêm Thành để thúc giục Chiêm Thành nhanh chóng tiến quân đánh Đại Việt từ phương nam. Nhưng đây cũng là một việc làm vô bổ. Bởi vì đường thẳng hầu như là không thể đi do sự phong tỏa của thủy quân Lý Kế Nguyên, mà đi vòng ra khơi thì đường biển quá xa xôi, khó mà đưa tin kịp thời cho Chiêm Thành để phối hợp với Tống. Việc này cũng thừa thải, do trước sứ Chiêm Thành sang đã đồng ý tham chiến rồi và thực tế thì Chiêm Thành cũng đã cất quân tấn công Đại Việt.
Như vậy là, thủy quân Tống chẳng giúp ích gì được cho bộ binh Tống ngoài việc phân tán một phần binh lực Đại Việt cho mặt trận ven biển đông bắc. Lý Kế Nguyên cùng đạo thủy quân dưới trướng tuần tra vững chắc ven biển đông bắc, khống chế hoàn toàn mặt trận và cắt đứt toàn bộ liên lạc giữa thủy quân với quân Tống trên bộ. Thảm bại là từ ngữ ngắn gọn để đánh giá về mặt trận đường thủy của quân Tống. Đoàn thuyền ô hợp nhếch nhác dưới trướng Dương Tùng Tiên quay trở về bờ nước Tống tận vào cuối tháng 4.1077, khi mà chiến tranh đã kết thúc rồi.