首先是修筑城寨，建立巩固的军事基地。范仲淹的部将种世衡，为了阻挡夏军进犯延州，在延州东北二百里的古宽州废垒上修筑城堡，这样一方面可以得到河东粮食，另一方面可以加强延州防守。城内无水，种世衡重奖民工；凿地150尺挖出泉水，最后得到了几眼井，可以满足全城的饮用，这座城堡以后也就以青漳得名。种世衡又开营田一千顷，招募商贾，贷给本钱，通贸易，畅货源，使城内不但有充分的粮食供应，而且货物充足，具备了一定经济基础。同时，新立的城堡也成了联系少数民族的据点和训练前沿战士的基地。范仲淹高度肯定了种世衡的做法，他认为种世衡建立城堡的措施是成功的，有利于加强防守。范仲淹从庆历元年（1041）正月到四月，为修筑城寨事，六次上疏。在一次上疏中，他说：“若先修复城寨，是远留的眼光。请允许在二五半合兵万人，自永平寨进筑承平寨，等到承平寨毕功，又择利进筑，就可以牵制赵元昊东界军马，使得并力西御环庆、泾原之师。”在范仲淹积极努力下又修筑了大顺城。大顺城的地址是马铺寨，在庆州的北面，属于西夏腹地。范仲淹以最缜密的方式迅速动手，仅用十天的功夫就顺利筑成了一座城堡，因而取名大顺。夏军发觉后，动用了三万骑兵来进攻，不能破城。他们又佯装败北。但范仲淹十分警惕，并没有追击。大顺城的建立，正好与白豹、金塘二城寨形成犄（jī）角之势，因而打通了延州与庆州之间的道路，使两州在防务上可以互相支援，在军事上极为有利。范仲淹修筑的许多城寨，大大加强了西北的防御力量，使得延州和庆州都处于得到安全保护之地。
范仲淹在争取团结羌（qiānɡ）族方面也下了很大的力量，与羌族的联络，削弱和孤立了西夏。羌族部落散落在宋、夏边界横山一带，羌族人马精劲，善于战斗，西夏经常胁迫和利诱羌人和他们一起与宋军作战。宋对羌族也采取抚绥政策，凡归属宋朝的羌族都称之为属户（或熟户），其余者叫作生羌。宋把熟户看成是一支很好的战斗力量，因此经常在羌族中征召士兵，协助宋军作战。范仲淹对争取团结羌族极为重视，其部将种世衡，曾亲自到羌族部落进行慰问、周济。和羌族亲如家人，羌人得到西夏的情报也愿意告诉种世衡，种世衡也当即给以奖励，因此种世衡深得羌族信赖，羌人也愿为之效命。种世衡曾多次命羌人击退西夏侵犯，取得很大战绩。环庆路的羌属非常多，范仲淹到环庆时，得知六百多名羌族酋长受赵元昊利诱，曾为夏军攻宋作向导。范仲淹深入边界一带巡视，以朝廷名义犒赏、慰问羌族，巡视了诸羌人马，与他们订立条约，让他们在抗击赵元昊中发挥作用。为了进一步加强招抚羌人的工作，范仲淹特意奏请朝廷，把种世衡调到环州。种世衡调到环州后，冒着严寒冰雪，深入到汉朝官员从未到过的险地群山，对羌族进行访问招抚，这使羌人非常感动。种世衡让他们备置烽火，当西夏进犯时，以烽火相告，驱马相救。种世衡因多次击破西夏的掠夺，羌族对种世衡十分敬服，当种世衡兵援径原时，有几千名羌兵随从。范仲淹对羌族部酋长也以诚相见，信而不疑，羌族酋长来见时，范仲淹常常把他们引入卧室，并且屏退守卫，和他们促膝谈心。对因战乱而丧失土地的羌族人民给予援助，羌族熟户上下、男女老少对范仲淹非常钦服。范仲淹在羌族人民心目中享有很高威信。他们尊敬地称范仲淹“龙图老子”（范仲淹当时的官职是龙图直学士）。范仲淹招抚羌族工作取得很大成功，当时环庆路约有羌兵20000人，他们配合宋军，对夏作战，是一支强劲的生力军。
选拔将校、训练士兵是范仲淹带兵打仗的一个中心内容。他十分重视军队将校的作用，认为军队的战斗力是由将校所决定的。在此以前宋军将领不仅数量不足，身体素质也极差。范仲淹上奏仁宗，建议对将校应尽早进行选择，凡是年老病弱不能披甲上阵或没有指挥能力的要在此进行选择调离，让一批立有战功、武艺高强、有军事才能的人担任将校。经过试用后，再正式任命。另外，范仲淹也注意培养将校，他让部下在作战之余，努力学习古今兵法，对于勇敢善战的狄青，他不但给予优厚的待遇，而且送给他一部《左氏春秋》，并告诉他：“在将不知古今，不过是匹夫之勇罢了。”从此狄青刻苦读书，对于秦汉以来将帅兵术了如指掌，从而成为北宋一名屡立战功的名将。对于士兵，范仲淹主张认真挑选，严格训练。北宋招募的士兵，由于胡乱选拔，因而素质很差。范仲淹提出淘汰弱小、选留强壮勇敢的择兵标准。北宋士兵缺乏训练，武艺精强者不多，遇到战事常吃败仗。所以范仲淹主张对军队加强训练，他在西北战场上将延州兵分为六将，每将3000人，分部训练，取得了良好效果。为提高前线士兵素质，范仲淹提议，在陕西本土增招士兵，因为陕西本土的士兵生长在边寨，熟悉地形，善于骑射，作战勇敢，而且能吃苦耐劳，有很强的战斗力。而东兵是从东部调到陕西前线的禁军，这些士兵思念故乡，不耐劳苦，凛给虽优厚，但斗志不高。如果在战争中兵员不足时，应增置较多的陕西本土士兵，以代替一部分东兵。
范仲淹在战术上也尽量革除旧弊。北宋旧的作战方式极为保守：部置官带领10000人，钤（qián）辖带领5000人，都监带领3000人，出战时，官小者在前。范仲淹认为不考虑敌人数量而出战，以官职高低为出征的先后，这是历次作战败绩的主要原因。范仲淹革除了这种呆板的作战方式。提倡根据敌兵多少，以决定出击人数的作战作风与战术机动灵活，有利于打击敌人，可以随时出击，也可以随时撤退，在范仲淹的倡导下其他路也效法这种作战方法。于是西夏将士害怕起来，相互警告：“不要再攻延州了，现在的小范老子腹中有数千万兵甲，不比大范老子（范雍）懦弱可欺也。”范仲淹还提出总的战略方针：对付西夏大股军队要坚持固守以待援兵；对付小股进犯的夏军则可以在险要的地方设埋伏打击，根据夏军不同情况，采取相应对策。范仲淹还向朝廷建议用声东击西的战术使夏军穷以应对。他申求朝廷要给将帅以“便宜从事便宜从事：经过特许，不必请示，根据实际情况或临时变化就斟酌处理。
”的权力，使他们能够根据前线复杂多变的形势，采取灵活相应的战术，以期取得战争的胜利。
大量军队长期固守在西北边远之地，需要从内地远程运送大批粮草和物品，旅途艰难，耗费大量财力和民力，这已成为历来防守战略能否巩固的主要问题。范仲淹吸收汉、唐以来屯田的历史经验，又总结了种世衡在青漳城兴田的好处，因而奏请仁宗在边塞屯田。仁宗同意了他的建议，诏令陕西四路部署及转运使并兼营田使。转运判官兼管勾营田事。
范仲淹在西北推行正确的战略方针和一系列有力措施，使得边防日益巩固，加上他和另一主将韩琦空前团结，因而赵元昊不敢侵犯，扭转了战争形势。西北边境当时流传着一首歌谣：“军中有一韩，西贼闻之心胆寒；军中有一范，西贼闻之惊破胆。”范仲淹与韩琦的名声大振，史称：“名重一时，人心归之，朝廷倚以为重。”
宋夏长期的战争，西夏军虽有过小胜，但得利不多。宋加强了边防，同时又进行经济封锁，酉夏经济日益困难，人心浮动，朝廷内部厌战情绪不断增长，再加上辽在夏边境处暗修城堡，集结军队，有攻占西夏的意图，于是赵元昊不得已，只好向宋求和。宋也由于财政负担太大，困难重重，愿意尽早结束战争。双方经过议和，在庆历四年（1044）达成协议，西夏取消帝号，仍由宋封为夏国王，宋每年给西夏银七万两，绢十五万匹，茶万斤，恢复贸易往来。
改革先锋名满天下
范仲淹和韩琦防御西夏的成功，使他们在国人心目中的地位骤增，朝廷也予以嘉奖，仁宗于庆历三年（1043）四月将他们两人提升为枢密副使，同年八月，仁宗又下诏，拜任范仲淹为参知政事，升为副宰相。