十一月乙未，柴荣任命李谷做淮南道行营都部署，出兵讨伐南唐，拉开三次亲征淮南的大幕。
南唐皇帝李璟有五十万大军，占据江淮富庶地区，把寿州当作淮南的关键要塞，派名将刘仁赡死守，又命刘彦贞带几万大军支援，几百艘战舰直奔正阳，想切断后周军队的浮桥。李谷看南唐军队声势浩大，心里害怕，飞快上奏京城，请求撤军自保。
柴荣看完奏折，拍着桌子大怒：
“李谷胆小怕事，耽误我的大事！”
立刻决定亲自带兵征讨淮南。
显德三年正月庚子，柴荣下诏亲征淮南，壬寅从大梁出发，辛亥到正阳，李重进已经先打败南唐军队，斩杀刘彦贞，俘虏斩杀一万多人，缴获三百多艘战舰。二月丙寅，柴荣到下蔡浮桥，亲自督促各路大军包围寿州。
赵匡胤做先锋，壬申这天攻下滁州，活捉南唐大将皇甫晖、姚凤。皇甫晖受了重伤，被抬到皇帝营帐见柴荣，喘着气说：
“我各为其主，力气用尽被抓，不敢再打了。”
柴荣佩服他的忠勇，亲自赏药治伤，好言好语放了他，皇甫晖哭着跪拜离开。
甲戌这天，李璟派使者到后周军营求和，愿意取消帝号，割让寿、濠、泗、楚、光、海六州，每年进贡无数金银布帛。柴荣叫使者进帐，厉声说：
“我要的是长江以北所有土地，不只是六州，一定要拿下整个淮南才肯罢兵！你回去告诉李璟，早点投降免死！”
使者吓得发抖离开，再也不敢多说。
三月，柴荣亲自到寿州城下，登高台观战，城上突然射来箭，身边人都吓得躲开，柴荣坐着一动不动，神情镇定，身边人都佩服他的胆量。赵匡胤坐皮船进入寿春护城河，城上连续射来大弩，箭粗得像房梁，牙将张琼用身体挡住赵匡胤，箭射中张琼大腿，昏死过去又醒过来，箭头扎进骨头拔不出来，张琼喝了一大杯酒，让人敲破骨头拔出箭头，脸上一点没变色，柴荣赞叹：
“真是虎将啊！”
后周军队包围寿州一年多，刘仁赡坚守不降，城里粮食吃完，士兵互相吃人，刘仁赡的儿子刘崇谏怕死，想翻过城墙投降后周，刘仁赡抓住后，立刻下令斩首，身边人苦苦劝说也没用，士兵百姓因此更加坚定守城。
显德四年二月乙亥，柴荣第二次亲征淮南，到紫金山，大败南唐几万援军，烧毁营寨，切断粮道，寿州彻底没了支援，走投无路。三月丁未，刘仁赡病重昏迷，不省人事，他的副手孙羽没
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