李元昊乘胜将延州团团围住，日夜攻打。范雍病急乱投医，居然跑到城南的嘉岭山上去求老天保佑。
一般来说，这种努力有多大实际作用似乎谈不上，最多就是获得点心理安慰。不过这次，老天爷似乎真的显灵了。
李元昊围城围到第七天的时候，天气突变，北风那个吹呀，雪花那个飘呀，夏军缺少御寒的衣物，又不善于攻城，加上多日苦战，身心俱疲，士气已经降低到了极点，李元昊又听说折继闵、张岊、王仲宝等宋将攻入夏境，打败了当地夏军，只好下令撤围，离开了延州城。
三川口之战是西夏立国之后对宋朝的第一战，在此战中李元昊采取围城打援的战术，大败宋军，充分展示了他一个优秀军事家的才能，此战之后，他又乘胜攻下宋朝延边的塞门、安远、栲栳、黑水等砦，使宋朝西北地区的边防失去了屏障。
宋朝这边，由于宋军实在败的太惨，宋仁宗一怒之下，撤掉了范雍知延州兼鄜延环庆安抚使的职务，把他贬到了安州。