后周与吴越夹击南唐，南唐主李暻为了分散敌军力量，令永安军节度使陈诲率水军再次袭击福州。剑州的南唐水师在南台江击败准备不足的吴越水师，陈诲俘获吴越大将马进与姚章，随即退回建州。吴越军队从此不敢放手进攻南唐。寿春告急，陈诲遣子陈德诚引卒数千赴寿春，时诸将战多不利，惟德诚出入坚敌，未尝少挫锋锐。班师日，李暻特旌其军称“百胜“，以荣拜陈德诚和州刺史。
九月丙午，柴荣以端明殿学士、左散骑常侍、权知开封府事王朴为尚书户部侍郎，充枢密副使；以右羽林统军焦继勋为左屯卫上将军；以左卫上将军杨承信为右羽林统军；以左监门上将军宋延渥为右神武统军，充行营右厢都排阵使。时，淮南战事告急，柴荣乃以右神武统军宋延渥为庐州行营副部署，右羽林统军杨承信为寿州北砦都部署兼知行府事，令他们率兵支援淮南。南唐将领朱元攻取舒州,后周刺史郭令图弃城逃。柴荣大怒，降郭令图为虢州教练使，坐弃郡逃归之罪。
南唐主李暻听闻后周准备弃所得淮南地北归，召集大臣、武将商议，林仁肇和郑彦华皆说：“皇上可以派兵扼险邀击，可以有功，且惩后”。宋齐丘说：“击之怨益深！不如纵其归以为德。”李暻乃听从宋齐丘之说，由是周兵皆聚于正阳，而寿州之围，遂不可解。
世宗柴荣归京，留淮南道行营左厢排阵使赵赞与诸将分兵围寿春，赞独当东面。诸将战多不利，赞独持重，自秋涉冬，未尝挫衄。及受诏移军，尺椽片瓦，悉辇而行，城中人无敢睥睨者。会南唐遣骁将鲁公绾帅十余万众溯淮奄至，跨山为栅，阻服水，俯瞰城中。时大军已解围，赵赞与大将杨承信将轻骑断吴人粮路，又独以所部袭破公绾军，赵赞为流矢所中。
柴荣派使臣前去看望嘉奖赵赞，赵赞并无大碍。柴荣听闻唐朝末年很多英雄豪杰都是贩卖私盐起家，乃下诏：“漳河以北郡县，并许盐货通商，逐处有硷卤之地，一任人户煎炼。”宰相范质对柴荣说：“潘叔嗣和王进逵被杀，周行逢可能会独占湖南。”柴荣乃以武平军节度副使、知潭州军府事宇文琼为武清军节度使，知潭州军府事。
襄州节度使、守太尉、兼中书令、陈王安审琦镇汉上十余年，听闻后周大军在淮南不利，至是来朝，世宗柴荣接见安审琦，审琦说：“淮贼抗拒皇命，臣请出师帮助朝廷讨伐。”柴荣笑说：“太尉老当益壮，讨伐淮南的事情就交给赵匡胤、李重进和张永德那些年轻人去办吧！”于是加安审琦守太师，以示宠之。柴荣宣授赵匡胤同州节度使兼殿前都指挥使，宣授内外马步军都军头袁彦为曹州节度使兼侍卫步军都指挥使。
柴荣好拔奇取俊，有自布衣上书、下位言事者，多不次进用。吏部尚书张昭谏说：“昔唐初刘洎、马周起徒步，太宗擢用为相，其后朱朴、柳璨在下僚，昭宗亦以大用，然则太宗用之于前而国兴，昭宗用于后而国亡，士之难知也如此。臣愿陛下存旧法而用人，以刘、马为鉴，朱、柳为戒，则善矣。”柴荣于是起用布衣、下位者。
时，淮南招讨使李重进破淮贼于盛唐，斩二千级。南唐兵从此对李重进大惧，以重进色黔，号重进为“黑大王“。张永德屯下蔡，与李重进不协。永德每宴将吏，多暴重进之短，后乘醉称重进有奸谋，将吏无不惊骇。永德密遣亲信乘驿上言，世宗柴荣不之信，亦不介意。二将俱握重兵，人情益忧恐。李重进遂自寿阳单骑直诣永德帐中，命酒饮，亲酌对张永德说：“吾与公皆国家肺腑，相与戮力，同奖王室，公何疑我之深也。“永德意解，二军皆安。
柴荣班师回朝，南唐使者孙忌和钟谟亦从至大梁，两人住在后周首都驿馆。柴荣履召见孙忌，饮以醇酒，问江南事，孙忌但言：“寡君实北面无二心，周将张永德与李重进不相能，重进乃皇上的表兄，其不得帝位，以后必反”。柴荣不悦。
南唐宰相韩熙载闻之，对李暻说：“此乃孙忌暗示我们施反间计，后周有间可乘。”李暻于是命遣蜡丸书招李重进，诱啖以厚利，重进表其书于柴荣，皆斥渎反间之言。时行濠州刺史齐藏珍亦说重进，世宗柴荣知之，假他事诛藏珍。
柴荣召见孙忌、钟谟，责让他们说：“你们已经是网中玉、瓮中鳖，还敢耍花样？”孙忌正色说：“要杀要剐悉听尊便，无挠辞”。柴荣问江左虚实，孙忌终不肯对。柴荣大怒，下令说：“将江南进奉使孙晟下狱死，江南进奉使钟谟责授耀州司马”。比出，柴荣命都承旨曹翰护孙忌至右军巡院，赐自尽。曹翰与孙忌对饮，孙忌数酌，曹翰起说：“相公得罪，皇上赐自尽。”孙忌怡然，整衣索笏，东南望，再拜说：“臣受南唐恩深，谨以死谢。”从者二百人，皆诛死于东相国寺。世宗性暴急，大臣莫敢救者，孙忌已死，柴荣乃始追悔。南唐主闻之流涕，赠太傅。追封鲁国公，谥文忠。厚恤其家，擢其子为祠部郎中，赐名鲁嗣。
向拱军至寿春，与李穀、李重进和张永德合势以攻寿州城，柴荣改向拱为淮南道招讨都监，向拱问：“寿州攻打累年，为何不拨？”李穀说：“刘仁赡死守寿州，我们每次攻城，附近的敌寨总来支援。”向拱问：“哪个敌寨最难攻取？”李谷说：“黄蓍砦。”向拱笑说：“明日我帮公取黄蓍砦。”
天一亮，向拱率军攻打黄蓍砦，黄蓍砦二千淮南兵拼命抵挡，后周几个偏将贪生怕死想撤退，向拱拔剑在后立即将脱逃的几个偏将正法。后周兵大惊，死命往前冲，淮南军大败，向拱拔黄蓍砦。时，南唐主派兵向寿州运送粮食，李穀探知后立即对殿前都指挥使张永德和淮南道招讨使李重进说：“寿州粮食将尽，现在敌军派兵从濠州运送粮食支援寿州，永德率军前去截击，塌山北驻有敌军，李重进击之。”两位将领命出发。
南唐濠州送粮军二千人护送着粮食刚到下蔡，张永德立即率军杀出，双方大战，张永德连砍南唐数将于马下，其他人落荒而逃，张永德夺米船十余艘。淮南道招讨使李重进也破淮贼二千人于塌山北。宰臣李穀闻报大喜，无奈其风痹突然发作，李穀全身疼痛难忍，众人连忙将其扶入室内休息。
明日，宰臣李穀向世宗柴荣请告病十旬，柴荣诏其归阙，令其安心养病。李谷三上表求解所任，柴荣不允。柴荣令向拱代李穀，每有军国大事柴荣都询问李穀。
李穀回到京城，便扶疾入见柴荣于便殿，世宗诏令不拜，命坐御座侧。李穀说：“臣抱疾久，请辞相位。”柴荣怡然勉之，对其说：“譬如家有四子，一人有疾，弃而不养，非父之道也。朕君临万方，卿处辅相之位，君臣之间分义斯在，奈何以禄奉为言。”穀愧谢而退。
十二月己未朔，柴荣以给事中张铸为光禄卿，铸诉以官名与祖讳同，寻改秘书监，判光禄寺事。张铸，字司化，河南洛阳人。性清介，不事生产。曾祖居卿，祖裼，父文蔚，在唐俱举进士。裼至翰林学士承旨、天平军节度、检校吏部尚书。文蔚，中书侍郎、平章事。铸，梁贞明三年举进士，补福昌卫、集贤校理，拜监察御史，迁殿侍御史。仕后唐，历起居郎、金部员外郎，赐绯，改右司员外郎。明宗初，转金部郎中，赐金紫。尝上言说:“国家以务农为本，守令以劝课为先，广辟田畴，用实仓廪。窃见所在乡村浮户，方事垦辟，甫成生计，种田未至二顷，植木未及十年，县司以定色役，民畏责敛，舍之而去，殊乖抚恤之方，徒设招携之令。望令诸州应有荒田纵民垦莳，俟及五顷已上，三年外始听差科。“明宗从之。张铸美姿仪，善笔札，老能灯下细书如蝇头。由晋以来，天地、宗庙及上徽号、封拜王公册文，皆诏铸书之。于是时人称其家为“一门四进士！”
许州节度使韩通修建首都有功，柴荣加封其兼侍卫马步军都虞候，以右领军大将军、权判三司张美领三司使。以滑州节度使兼殿前都指挥使、驸马都尉张永德为殿前都点校。发陈、蔡、宋、亳、颍、曹、单等州丁夫下蔡建城准备与寿州做持久战。
柴荣令李重进夹淮河建正阳、下蔡城，既成，上其图，柴荣很满意。南唐见后周在淮河筑城，乃不断发兵攻击，李重进败淮兵二千余于塌山北。后周大军围寿州愈急，城中饥死者甚众。显德四年春正月，南唐主李暻遣其弟齐王李达率全军来援寿州，李达起边镐为大将，李达留驻濠州，遣其将许文缜、边镐、朱元领兵数万，溯淮而上，至紫金山，距寿州城数里，设十余寨，连亘相望，与寿州城内烽火相应。又筑夹道数里，将抵寿春，为运粮之路。重进伺其城北扩展山砦，出兵击之，败南唐五千余众，夺二砦，获器甲甚众。
周师老无功，范质请罢兵为便，世宗柴荣令范质、王溥就李穀谋之。穀手疏说：“请皇上亲征，一定可以克寿州。我朝有必胜之利者三：一是兵精粮足，将士用命。二是：君王英明神武，纳谏如流。三是：李暻柔弱，昏庸无能。世宗大悦，用其策。诏取来月再次御驾亲征淮南。
甲戌，柴荣以枢密副使王朴为权东京留守兼判开封府，以三司使张美为大内都巡检。令真定尹、成德军节度使同平章事兼侍中郭崇北备契丹，国舅建雄军节度杨廷璋备北汉。乙亥，车驾发京师。
世宗征淮南，辽国出骑万乘余掠边，郭崇率师攻下束鹿县，斩敌数百级，俘获甚众，辽兵乃撤退。会隰州刺史孙议卒，杨廷璋遣监军李谦溥领州事。谦溥至，并人来攻其城，议者以为宜速救之。廷璋说：“隰州城壁坚完，并人奄至，未能为攻城具，当出奇以破之。“乃募敢死士百余人，许以重赏，由间道遣人约谦溥为内应。既至，即衔枚夜击，城中鼓噪以出，并人大溃，追北数十里，斩首千余级，获器甲万计。奏至，世宗柴荣喜说：“吾舅真能御寇。“诏褒奖之。
世宗再征寿春，设宴招待从官，召重进入，赐戎服、玉带、金银器、缯彩、鞍勒马。命造桥涡口，以通濠、泗。令骑帅韩令坤董其役，俾将赵赞副之。属霖雨淮水涨溢，濠人谋乘轻舟奄焚其桥，赵赞觇知之，设伏桥下。濠人果至，赵赞令强弩乱发，杀获甚众。及柴荣移兵趣濠，以牛革蒙大盾攻城，赞亲督役，矢集于胄，中被重伤，犹力战，遂拔其羊马城，刺史唐景思死焉，团练使郭廷谓以城降。李重进也攻取濠州南关城，南唐团练使郭廷谓以兵万余降，获粮数万斛。世宗诏褒美之。
世宗亲征，至寿州城下，刘仁赡执曹澄等三人槛送行在，意求缓师，柴荣诏赐永德，俾其甘心。赵匡胤与张永德领前军至紫金山，吴人列十八砦，战备严整。敌垒西偏有高陇，赵匡胤与张永德前去观察地形，下瞰其营中，赵匡胤对张永德说：“等下我佯攻敌寨，你伏兵在陇旁，等敌军大部队出战，你就鸠占鹊巢。”张永德大喜，选劲弓强弩伏陇旁，赵匡胤麾兵直攻第一砦，战阳不胜，淮人果空砦出斗，永德亟登陇，发伏驰入据之，敌众散走。
翌日，赵匡胤与张永德又攻第二砦，两人率军鼓噪而进，始攻北门，淮人开南门而遁。时韩令坤在扬州，复为吴人所逼，欲退师。柴荣怒，遣永德率师援之，泗州军拼命追赶韩令坤至曲溪堰，张永德率军突然杀到，韩令坤乘势杀回，南唐兵大败，千余被杀，张永德于是屯下蔡。
时吴人以周师在寿春攻围日急，又恃水战，乃大发楼般蔽江而下，泊于濠、泗，周师颇不利。吴将林仁肇帅众千余，水陆齐进，又以船数艘载薪，乘风纵火，将焚周浮梁，周人忧之。俄而风反，吴人稍却，永德进兵败之。又夜使习水者没其船下，縻以铁锁，引轻舠急击。吴人既不得进，溺者甚众，夺其巨舰数十艘。永德解金带，赏习水者。乃距浮梁十余步，以铁索千余尺横截长淮，又维巨木，自是备御益坚。俄张永德又败南唐千余众于淮北岸，获战船数十艘，吴人多溺死。世宗诏褒美之。
三月庚寅旦，柴荣率诸军驻于紫金山下，命同州节度使兼殿前都指挥使赵匡胤率亲军登山击贼，赵匡胤率连破数寨，斩获数千，断其来路，贼军首尾不相救。是夜，南唐将朱元、朱仁裕、孙璘各举寨来降，降其众万余人。
翌日，周军尽陷诸寨，杀获甚众，擒南唐大将建州节度使许文缜、前湖南节度使边镐，其余党沿流东奔，柴荣自率亲骑沿淮北岸追贼。及晡，驰二百余里，至镇淮军，杀获数千人，夺战舰粮船数百艘，钱帛器仗不可胜数。柴荣乃诏发近县丁夫城镇淮军，仍构浮梁于淮上。庐州都部署刘重进奏，杀贼三千人于寿州东山口，皆紫金山之溃兵也。世宗柴荣嘉奖之。于是授宣徽南院使、淮南节度使向训为徐州节度使，充淮南道行营都监，即命屯镇淮上。
己亥，柴荣自镇淮军复幸下蔡。赐淮南降军许文缜、边镐已下万五百人衣服钱帛有差。刘仁赡闻援兵既败，计无所出，但扼腕浩叹而已。会柴荣以紫金山之捷，飞诏以谕仁赡，时仁赡卧疾已急迫，粮食已经吃完，因翻然纳款，而城内诸军万计，皆屏息以听其命。刘仁赡乃上表乞降，柴荣遣阁门使张保绩入城慰抚。
翌日，刘仁赡复令子刘崇让上表请罪。柴荣幸寿州城北，刘仁赡与将佐已下及兵士万余人出降，柴荣慰劳久之，恩赐有差。乃下诏移寿州于下蔡，以故寿州为寿春县。柴荣说：“曲赦寿州管内见禁罪人，自今月二十一日已前，凡有过犯，并从释放。应归顺职员，并与加恩。寿州管界去城五十里内，放今年秋夏租税。自来百姓，有曾受江南文字聚集山林者，并不问罪。如有曾相伤害者，今后不得更有相仇及经官论诉。自用兵已来，被掳却骨肉者，不计远近，并许本家识认，官中给物收赎。曾经阵敌处所暴露骸骨，并仰收拾埋瘗。自前政令有不便于民者，委本州条例闻奏，当行厘革。以伪命清淮军节度使、检校太尉、兼侍中刘仁赡为特进、检校太尉、兼中书令、郓州节度使，以右羽林统军杨信为寿州节度使。”是日，刘仁赡卒。
壬子，柴荣赏归顺，以江南伪命西北面行营都监使、舒州团练使朱元为蔡州防御使，以江南伪命文德殿使、寿州监军使周延构为卫尉卿，以江南伪命寿州营田副使孙羽为太仆卿，以寿州节度判官郑牧为鸿胪卿。时，侍卫马军都指挥使韩令坤领陈州，其父韩伦在州干预郡政，掊敛之暴，公私患之，为项城民武都等所讼。柴荣命殿中侍御史率汀就按之，伦诈报汀说：“准诏赴阙”。汀即奏之，柴荣愈怒，遽令遣劾，尽得其实，韩伦法当弃市，韩令坤泣请于世宗，柴荣遂免其死，下令追夺前许州行军司马韩伦在身官爵，配流沙门岛。
淮南久战之后，农业荒废，寿州久围之后几乎成地狱，柴荣遣左谏议大夫尹日就于寿州开仓赈饥民，存活甚众。于是下令车驾发下蔡还京，以江南伪命西北面行营应援使、前永安军节度使、检校太尉许文缜为左监门卫上将军、检校太尉；以伪命西北面行营应援都军使、前武安军节度使边镐为左千牛卫上将军、检校太傅。