从宝元元年（1038年）起，党项族首领元昊，突然另建西夏国，自称皇帝，并调集十万军马，侵袭宋朝延州（今陕西延安附近）等地。由于三十多年无战事，宋朝边防不修，士卒未经战阵，主帅范雍（西夏人称为大范老子）无能，延州北部的数百里边寨，大多被西夏军洗劫或夺去。仁宗与宰相吕夷简商议，派夏竦去做陕西前线主帅，又采纳当时副帅韩琦的意见，调范仲淹作另一员副帅——陕西经略安抚招讨副使（西夏人称为小范老子）。后来又把范仲淹和韩琦的好友尹洙（即尹师鲁）也调至西线作为高参。
五十二岁的范仲淹，进京面辞仁宗之后，就赶赴延州。韩琦和范仲淹分别负责对付西夏的防线的西侧和北侧。范仲淹亲临前线视察，他发现宋军官兵、战阵、后勤及防御工事等，各方面都颇多弊端。如不改革军阵体制，并采取严密的战略防御，实在难以扭转战局。但是，韩琦的看法却不同；他低估了西夏军优势和宋军的积弊，又激于屡受侵扰的义愤，主张集中各路兵力，大举实行反击。夏竦为请仁宗批准反攻计划，派韩琦和尹洙兼程回京，获得仁宗下诏批准之后，尹洙又奉命谒见范仲淹，请他与韩帅同时发兵．范仲淹与韩、尹虽然是至交，却认为反攻时机尚未成熟，坚持不从。尹洙慨叹道：“韩公说过，‘且兵须将胜负置之度外’。您今天区区过慎，看来真不如韩公!”范仲淹说：“大军一发，万命皆悬，置之度外的观念，我不知高在何处！”庆历元年（1041）正月，韩琦接到西夏军侵袭渭州（今甘肃平凉一带）的战报。他立即派大将任福率军出击。西夏军受挫撤退，任福下令急追，一直追到西夏境内的六盘山麓，却在好水川口遇伏被围。任福等十六名将领英勇奋战阵亡，士卒惨死一万余人。韩琦大败而返，驻马掩泣，痛悔不迭。
范仲淹的战略防御，并非单纯或消极的防守措施。他初至延州，便全面检阅军旅，并实行了认真的裁汰和改编。他从士兵和低级军官中提拔了一批猛将，由当地居民间选录了不少民兵；又开展了严格的军事训练。在防御工事方面，他采纳当地驻军将领种世衡的建议，先在延北筑青涧城，后来又在宋夏交战地带，构筑堡寨。种家是北宋抗夏名将家族，种世衡的儿子是水浒传中鲁达任提辖的关西经略府“老种经略相公”种谔，孙子种师道也当过关西经略，人称小种经略相公。种家一门忠烈，种谔后来牺牲在抗西夏前线，再过四十多年，77岁的种师道和弟弟种师中又先后在靖康之难中殉国。范仲淹对沿边少数民族居民，则诚心团结，慷慨优惠，严立赏罚公约。种世衡这个人长期在陕甘地区任职，特别擅长同少数民族打交道，而且无论是在汉区还是在少数民族地区他的威信都很高。范仲淹便在巡视环州时特别召见了他，并且委以重任，让种世衡到环州任职，并认为“世衡素得羌心，而青涧城已固，乃奏徙世衡知环州，以镇抚之。”这样就逐渐在鄜延、环庆、泾原等庆州东北边防线上，建立起一道坚固的屏障。
庆历二年（1042年）三月，范仲淹密令长子纯佑和蕃将赵明，率兵偷袭西夏军，夺回了庆州西北的马铺寨。他本人又随后引军出发，在宋夏交界处筑起一座锲入西夏的大顺城。等西夏派兵来攻，却发现宋军已经以大顺城为中心，构成了一个堡寨呼应的坚固战略防御体系。这样庆州北部的边防，大体接近巩固。这使得西夏军中私相戒议，流传着“不能轻易攻取延州了，小范老子胸中有数万甲兵，不似大范老子那般好对付”。
是年秋天．满头白发的范仲淹填下千古传唱的《渔家傲》： “塞下秋来风景异，衡阳雁去无留意，四面边声连角起，千嶂里，长烟落日孤城闭。 浊酒一杯家万里，燕然未勒归无计，羌管悠悠霜满地：人不寐，将军白发征夫泪。” 上阕写景起兴：秋风萧瑟，长空雁鸣，画角连营，群山绵延，烟尘四起，夕照凄迷，一片肃杀的临战气氛，这个孤城很可能就是锲入西夏的大顺城。看样子宋代军营中还有酒，不过只是普通的浊酒，不是高档的清酒。下阕借酒抒情：借一杯浊酒，消万里思乡之愁，但更叫人愁的是：“燕然未勒归无计。”西夏犹在虎视眈眈，远不是汉和帝时窦宪大破北匈奴，穷追北单于登燕然（今蒙古国杭爱山）“刻石勒功而还”的时候。作为统帅的范仲淹，为筹划抗击西夏彻夜难眠，熬白了头发，也十分同情士卒困苦生活和思乡之泪。在范、韩等人苦心经营下，边境局势大为改观，西夏终于乞和，庆历四年（1044）双方正式达成和议。宋夏重新恢复了和平。
在充满享乐和绮丽之风的北宋前期词坛，这首别具一格的苍凉词作，酷似唐代边塞诗人的作品，开了宋代豪放词派的先河。北宋前期的词人，包括寇准、欧阳修、司马光这些正人君子都写过艳词，唯独范仲淹写出了《渔家傲》这样的作品，这完全是因为他有在西北前线领导过抗击西夏侵略的亲身经历。