1042年，姚嗣宗、范仲淹首次提出了渐复横山的方案：将主力分三路，每路步兵一万，骑兵三千，使三路军互掠于横山。先鄜廷军，引诱西夏军来应，我方则退守边寨或据险要，不与之战。待其困乏撤军之际，则派出环庆军继续引诱其回兵应战，此时再派出泾原之师加入战斗，使西夏军奔命不暇。这是总结历史上在作战经验而编制的夺取横山的比较完整的作战方案。
方案再好，也得有人去执行，于是神宗即位后，任用王安石为相，“奋然将雪数世之耻”，变法图强，励精图治。
熙宁年间向西攻取青唐吐蕃和角厮罗等政权，拓地两千余里，建立熙河路，对西夏逐渐开始占据战略主动。与熙河拓边同时，宋神宗也开始尝试攻取夏土。他先是选取了横山方向对西夏发起进攻。治平四年(1067)，宋将知青涧城种谔率兵逼降西夏绥州嵬名山部。
熙宁元年（1068年），建昌军司理参军王韶上《平戎策》，认为“西夏可取。欲取西夏，首先应当收复河湟，如此则夏人腹背受敌，不攻自破”。神宗认为王韶之议颇为有理，决定在对夏关系上改变长期以来的守势，采取主动攻取的方略。
在此期间，一颗将星冉冉升起，不过此人身份特殊，历史评价毁誉参半，此人就是李宪。
李宪是赵宋从监军变为独掌军权的武装太监的第一人，军事才华出众，征战西北，开疆拓土，但是反对他的人也称他为北宋的“四凶”太监。
要知道因为汉唐宦官执掌兵权的历史教训，尤其是唐朝的鱼朝恩等大宦官可以掌握皇帝的生死废立，给宋人留下了极大的心理阴影，赵宋一朝的宦官们一直处于被文官集团打压的状态，李宪能突破极限，一方面和神宗皇帝的信任有关，另一方面也体现了李宪过人的军事才能。
熙宁三年（1070年），神宗派大臣韩绛经略陕西，开幕府于延安。李宪在韩绛幕下担任走马承受。韩绛的爱将种谔想谋取被西夏占领的横山寨，李宪极言不可，但种谔不作理会，率兵袭败西夏军，带兵三万人修筑罗兀城（今陕西榆林镇川镇境内），又派都监赵璞、燕达修筑抚宁故城呰（今陕西米脂境内）。李宪认为此时分兵，有失掎角之势，一旦形势有变，各路均将难以自保。时隔未久，夏人果然攻取顺宁呰（故址不详），之后围攻抚宁。当时种谔正在绥德军（治今陕西绥德），闻得此信，茫然失措，以至于垂泪而不能下笔。这一战，夏人大获全胜，宋军新筑诸呰全都重归夏人之手。朝廷得知战报之后，贬种谔为汝州团练副使、潭州安置，韩绛亦因此谪知邓州。由于李宪此次参与军务，言之切当，遂得神宗倚重，又被派往河东路（治今山西太原），在经略使赵禼幕下担任走马承受。当时，赵禼对李宪的军事才干也十分看重，两人对边事的论见往往不谋而合，因此，在一定程度上加强了北宋王朝针对北方强辽的军事防御力量。
熙宁六年（1073年）初，王韶上奏请求兴兵收复河湟之地。神宗准奏，并专意委派李宪前往巡视督师，与王韶协力进兵。不几日，北宋大军便攻占河州（今甘肃临夏），拓地一千多里，招抚人口三十多万，连河州羌酋木征之妻亦被俘虏，史称“河州之役”。北宋在此设置熙河路（治今甘肃临洮），任王韶为经略安抚使，李宪亦因战功加封东染院使、御药院干当官。
夏人对此次役失利耿耿于怀，旋即开始报复，然而在牛精谷（故址不详）、珂诺城（后改名定羌城，今甘肃广河）两次战役中，宋军却再战再捷。宋神宗十分赞赏李宪的军事指挥才能，留他在熙河路安抚司干当公事，与王韶相为表里。
就在此年二月，表面上平息的河湟之地战事再起。本来宋神宗以为河湟已定，遂调李宪前往鄜延路督师，但是被赶出河州的夏人酋长木征又联合董毡、鬼章羌兵卷土重来，攻占河州踏白城（今甘肃积石山癿藏旧城村，故址尚存）。新任河州知州景思立闻讯，连忙集结兵马杀到踏白城，但因出师匆忙，加之敌我众寡悬殊，战斗刚一开始，景思立所部便处于重重包围之中。夏人复仇心切，蜂拥而上，宋军官兵死伤极为惨重，连河州知州景思立也战死在乱军之中。攻破踏白城的木征等人，旋即把河州城团团围住。按照常理，木征攻进河州易如反掌，但他不急于攻城，只在城外喧嚣，声言要杀尽宋军官兵。
十万火急的战报接连送进京城，宰相王安石等人主张保存实力，放弃河湟地区。宋神宗-时也拿不定主意：不弃河湟，可能导致西北战事更为惨重的失利；可是好不容易下定决心，好不容易夺回土地，就这样放弃，未免太失大宋皇威。思之既久，还是降旨准许了王韶的请缨之奏。
此时李宪正赶往鄜延路（治延州，今陕西延安）按视军情，行至兴平（今陕西咸阳境内），听到河州兵变的消息，立即停了下来，静候朝廷旨意。时隔不久，就等来了宋神宗的旨意：诏令李宪赶赴熙河路（治熙州，今甘肃临洮），与王韶汇合，共同应对河州之变。
王韶是一位有勇有谋的老将，他深知木征等人久围河州而不取，势必是想伏兵于河州城外以待消灭北宋援军，而一旦失去外援，再攻河州即如探囊取物，况且他们已与结河羌人结成掎角之势，互为照应。一旦北宋援兵到来，便可合力图歼。鉴于此种形势，王韶决定先破木征的合围之势，再反过来攻其外援，这样，河州之围可以不战而解。而李宪主张以赏赐激励将士，突杀木征。
王韶、李宪二人在战术上有了分歧，又一时难于说服对方，最后只好折衷处理：各率一路，各依其计而行。王韶遂率锐师绕开河州，直袭定羌城，出其不意全力攻打结河羌，切断了西夏通道，继而命偏将进入南山要冲。李宪则率所部在河州城外督兵力战。
早在李宪巡视西北之前，宋神宗曾赐给他一面黄旗，旗上御书七个大字：“用命破贼者倍赏。”他深知西北将士心向王韶，随己而征者斗志不盛。于是，出征前手执黄旗立于军营门口，号令三军将士说：“此旗乃天子所赐，众将士望旗而战，即如天子亲临督战，敢不用命！”将士们果然精神振奋，争呼誓死向前。李宪又督促众将士将傍山建造的所有营帐烧掉，以表示死战之决心。之后，开赴河州前线，与木征所部在河州城下展开了惨烈的白刃战。这一仗，直杀得天昏地暗，双方折损极为惨重。直到李宪又生一计，命部将抄后路烧毁了木征等人的毡帐时，羌人这才人心大散，纷纷逃往踏白城死守。李宪顺势挥师，大破敌军，一举攻取踏白，并进至余川（故址不详），连破十余座城垣堡寨，木征见大势已去，遂率残部来宋营投降。
河州之役的胜利，犹如给宋神宗注射了一支兴奋剂，满朝文武亦大事庆贺，李宪以功加昭宣使、嘉州防御使。回还京师后，又升为入内内侍省押班、干当皇城司事，均为令人侧目的恩宠。
李宪深知朝臣对他担任西疆帅臣颇为不满，为了博取宋神宗的宠信，不给朝臣以抨击他的口实，他决心在西北边疆建功立业。熙宁九年（1076年）五月，羌酋隆吉卜等率众扰边，羌人降将木征请求带兵征讨，以报效宋朝不杀之德。李宪部将大都认为不能予以应许，唯恐木征有诈，但李宪却支持木征，说“有何不可？羌人天性畏惧贵人。木征本为贵人，当能取胜。”认为大可不必如此拘谨，况且当此关头，如果朝廷对木征将信将疑，反而会加深他对北宋王朝的贰心，不如因势利导，给他一个报德机会。于是力排众议，派遣木征带兵征讨。
木征盛装出征，与隆吉卜所部对面列开兵马。隆吉卜手下大都是临时凑集起来的散兵游勇，见到木征如此威风，先自没了斗志。木征挥戈掩杀，李宪的后续部队也乘机而上，于是大获全胜，酋首隆吉卜也战死于乱军之中。这一仗是李宪重返西北的第一次大捷。不久，另一支由董毡率领的吐蕃军队也迫于宋朝神威，前来归顺。消息传到京师，宋神宗自然恩宠倍至，加封李宪为宣州观察使、宣政使、入内副都知，后又迁为宣庆使。
当时，由于北宋王朝对西夏连年用兵，国家财政颇为吃紧，粮饷军需物资往往匮乏不继，朝臣对此早有不满。神宗又诏命李宪兼管熙河、秦凤两路财政。李宪受命，果断裁减了十分之六的冗费开支，使得西北财政顿时缓解，可谓经制有方。同时，李宪为了讨好神宗，每年将西山（今甘肃和政境内）的巨大木材源源不断地运往京师，以供神宗营修宫殿。为此，宋神宗专门在京师瑞皮坊赐给他一座华丽的园宅。
元丰四年（1081年），西夏发生政变，西夏惠宗李秉常失位被囚，国内一片混乱。是年五月，西夏保泰统军禹藏花麻以李秉常罹遭囚禁为名，敦请北宋王朝发兵进攻梁氏（西夏外威梁太后摄政）。北宋王朝认为这是对西夏用兵的难得机会，于是神宗御笔亲书伐夏之命，发动五路大军进攻西夏，李宪不仅参与其事，而且被任命为五路统帅，掌有节制诸路之重权。
此次伐夏，可以说动用了北宋王朝西北军事全部精锐：熙河路经略使李宪领兵出熙河；鄜延路总管种谔领兵出鄜延；环庆路经略使高遵裕领兵出环庆；泾原路副总管刘昌祚领兵出泾原；河东路经略使王中正领兵出河东。五路大军，共集结五十万人马，浩浩荡荡围攻西夏。宋军的作战计划是：泾源、环庆两路先取灵州（今宁夏吴忠境内），然后直取兴州（今宁夏银川兴庆区）；河东、鄜延两路会师夏州（今陕西靖边），再取怀州（今内蒙准格尔旗境内），最终直逼兴州，企图一举荡平西夏。这在宋神宗给李宪的诏书里也有明确的表述，说：“此番用兵，非一般战事耳，意在荡平项羌。此决非小事矣，若不上下一心，将士协力，何以致胜？故当不惜爵赏，以励三军将士，一举图之！”这说明北宋王朝是抱着消灭西夏的决心来进行这场大规模战争的。
八月，李宪率师先进入西夏境内。驻守在西夏西使城（今甘肃榆中三角城）的党项族首领讹勃哆闻风而降。粱乞埋（梁太后弟）派兵数万赶去增援西使城，行至半路，听到讹勃哆降宋消息，只好退守龛谷城（今甘肃榆中小康营乡境内）。龛谷城本是西夏粮仓之一，李宪占领西使城之后，乘胜挺进龛谷城，大获全胜，遂改城为寨，所储大量粮谷尽为宋军所得，加之弓箭等兵器无数。至此，李宪已夺得伐夏头功。接着，他派副将驻守此地，又挥师向西攻取兰州。
正当此时，鄜延总管种谔率部在米脂寨（即毕家寨，今陕西米脂），击败梁永能八万大军。接着，相继攻克石州（故址不详）、夏州（故址在今陕西省靖边县红墩界镇白城子村）、银州（治今陕西省横山县东，后移治永乐城，即今陕西省米脂县西北）三重镇。环庆经略使高遵裕迫降西夏清远军守将嵬名讹讥。河东经略使王中正所部因一路尽是沙丘沼泽，行动缓慢一些，但抵达宥州（今内蒙鄂托克前旗东南城川古城）之后，夏兵也闻风溃逃。宋兵入城，城中老弱病残五百余户杀戮殆尽。泾原副总管刘昌柞入夏后，在葫芦河与夏人决战，结果夏人大首领没罗卧沙、监军使梁格嵬被杀死，梁乞埋之侄讫多埋等二十多人被俘。刘昌祚乘胜攻入呜沙州（今宁夏回族自治区中宁市），得到夏国库粮百万余石。在此节节胜利之际，李宪在兰州上疏宋神宗，请求筑兰州城建立帅府，以震慑西夏。
十一月，刘昌祚率军五万首先攻到灵州城下。接着高遵裕也率兵赶到。就在刘昌祚即将入城之际，高遵裕害怕这次战功被刘昌祚拔定头筹，便利用节制刘军的权力阻止刘昌祚攻入灵州，定下了所谓合围灵州的下下之策）。
当时，宋神宗也深恐刘、高孤军深入兴、灵二州有所不测，急命李宪亲率重兵、押运粮草从兰州赶往兴、灵二州，董毡也率吐蕃军协助同往，以为后援。
在进发兴、灵二州的途中，因为遇到了夏人的阻截，李宪错误地决定折道天都山（今宁夏中卫境内），焚烧了西夏的南牟内殿和所有馆库，迫使西夏统军星多哩鼎退守葫芦河流域，然后班师回到了兰州。