西夏统军叶悖麻、咩讹埋没有大意，率三十万大军驻扎在泾原以北，伺机夺取永乐。闻知永乐城修好，夏军出动数千士卒渡无定河前来攻城，但渡河后不战而退。
徐禧虽然不解夏军的意图，但仍然大喜过望，说道：“这是永乐城的雄壮喝退了敌人，这都得益于在永乐筑城的英明决策。”沈括听到这话心中苦涩，真不知怎么能得出如此拙劣的结论？
徐禧以为夏军胆怯不敢攻城，遂不加防备，令大将曲珍、景思宜等领兵万余镇守，自行带中军、右虞侯军、右军返回米脂。宋军的大部队刚刚撤离，西夏的三十万大军就倾巢出动，前来夺城。刚愎自用的徐禧闻讯后完全不信，夏军怎么敢来侵犯如此雄伟的永乐城？等到大将曲珍一再急报，徐禧才信，于是命令沈括留守米脂。自己同李舜举等人率领仓促拼凑起来的一万余将士驰援永乐城，并列阵于永乐城外，打算和西夏军队野战。
大将高永能见西夏军队尚未齐集，提议：“趁西夏军队未列好阵势，突然向其发起攻击，可以起到出其不意的效果。”
徐禧不以为然：“这样打仗胜之不武，岂是我等所为？”
西夏以精锐铁鹞子抢渡无定河，曲珍和高永能又建议：“趁敌一半渡过河，一半还在河中，立即发起攻击才有机会取胜，等西夏铁鹞子全都过了河，几无胜算。”
徐禧又拒绝：“胜之不武！”曲珍和高永能闻言欲哭无泪。
西夏精锐渡过河，列好阵势向宋军发起猛烈攻击，徐禧令宋军王牌先锋骑兵数千人迎战，很快被优势夏军击溃。宋军被迫退守城内，永乐城被夏军团团包围。
西夏军很快攻下了水寨，切断了宋军的水源。宋兵饮用水很快用尽，永乐城根本就打不出井来，士卒渴死了一大半，有些士兵甚至绞马粪汁解渴。
众将见城不能守，高永能劝徐禧尽出金帛招募敢死队与西夏军血拼，或许能有七八成士兵突围成功，曲珍也劝徐禧趁现在还有实力弃城突围，赶紧采取动作。徐禧却表示城池十分重要，不能丢弃。此时西夏军在以残暴著称的仁多零丁的率领下，近乎疯狂的攻城。
叶悖麻害怕留守米脂的沈括率兵救援，遂派了万余兵力南攻绥德，以牵制沈括部。绥德城内三百羌众暗中内应，沈括得知后，回兵绥德城内，将内应者全部处死，及至沈括再引军永乐，已错失救援良机。李宪率熙河军远道来援，受到西夏军队阻击不能前进。鄜延道总管种谔憋了一肚子气，也没有全力援救徐禧。
徐禧见情况危急，还妄图去和西夏谈判，可见其幼稚至极。夏军继续猛攻，西夏人在城下叫嚣：“汉人怎么还不投降，已经三天没有水了吧？”
徐禧听了把自己水壶里仅剩的一点水倒下去说：“无水？你看这是什么？”这个愚蠢的把戏又能起什么作用呢？
西夏军大笑道：“就这些了吧？”
天突降大雨，夏军一边更加猛烈、不顾生死的攻城，一边派一万多人拿着铁锹，冒着矢石箭雨狂挖墙体，新城多处溃塌，永乐城被西夏军攻破。攻占永乐后，夏军又兵临米脂城下，耀兵三日而还。
永乐城筑成后四天，便遭到西夏军主力的袭击。经过十二天的战斗，永乐城陷落。宋军阵亡官兵一万多人，筑城的二十万民夫也被西夏军屠杀。徐禧、李舜举、高永能等皆死于乱兵之中。神宗皇帝得闻败讯，涕泣悲愤。早朝时，他又对大臣痛哭，使得大臣不敢抬头看他。