公元986年，宋太宗赵光义发动雍熙北伐，旨在夺回被后晋高祖石敬瑭割让的燕云十六州。当时，辽国的一代贤主辽景宗耶律贤已经驾崩，执政的是辽景宗的皇后萧太后萧燕燕。东路军由宋将曹彬率领，进攻今河北北部、天津、北京一带，西路军由潘美任都部署，名将杨业任副都部署，进攻山西北部一带。杨业、潘美率军进攻，旗开得胜，连拔云（今山西大同）、应（今山西应县）、寰（今山西朔州东部）、朔（今山西朔州）四州。然而，曹彬所统之东路军在歧沟关大败，辽军大举进攻西路军，西路军遂退兵，并护送四州民南迁。杨业在宋军不利的形势下被迫出击，陈家谷之战就这样展开了。
当时，曹彬的东路军已在岐沟关之战中战败，辽军步步进逼，直扑潘美、杨业统领的西路军。
辽国的实际掌权者萧太后萧燕燕和大臣耶律汉宁等十万余人，攻陷了寰州，逼近杨业、潘美所在的朔州，情况万分危急。杨业对潘美说：“辽兵日益强盛，不可与他们正面交战。朝廷只让我们保护这几个州的百姓，只需出兵于大石路，派人密告云州、朔州的守将，到大军到代州（今山西代县）之日，令云州百姓先出城，我们的军队到应州。辽国军队必然来抵抗，就令朔州居民出城，我们军队直入石碣谷，在那儿派一千余名弓弩手埋伏于谷口，而骑兵在中路支援，则三州的百姓可以确保万无一失。”然而，监军王侁说杨业连几万辽军都害怕成这样，杨业说：“不可，这样必败。”可王侁不但不听，还嘲笑讥讽杨业：“你号称杨无敌，现在看到了敌人却不战而退，难道是有他志，想叛变造反吗？”
杨业大义凛然，说：“我并非贪生怕死，只因为现在时机对我方不利，白白牺牲士兵而不能立功。既然现在您拿不愿牺牲来责备我，那我就当在你们之前先出战。”
于是，杨业向潘美说此战不利，并于潘美约定好在陈家谷口与辽军激战。王侁和潘美率部下与杨业一起来到陈家谷口，从寅时（大概凌晨4点左右）到巳时（大概是上午10点左右），王侁派人登巡逻台查看杨业的情况，认为杨业已经获胜，辽军大败，而王侁本人心胸狭隘，奸诈无比，想与杨业争功劳，带兵离开陈家谷口。潘美竭尽全力想制止王侁如此的行为，但毕竟因为宋朝的制度原因，监军的权利甚至比主帅还要大，潘美根本无法反对王侁，无可奈何，也只好服从王侁的，率兵离开了陈家谷口。潘美部向南离开了二十里，才知道杨业情况危急，被辽国军队杀了个大败，但迫于王侁的压力，也没办法支援杨业，继续撤了。杨业与手下奋力与辽军激战，从中午到傍晚，到了陈家谷口，看见没有任何的支援部队，就十分悲痛，但也没办法，与士卒力战辽军，激战中，杨业身上受了数十处伤，士卒已经消耗殆尽了，杨业还亲手杀了几十，乃至几百的辽兵。而杨业的马也受了重伤，跑不动了，藏在一片树林里，辽将耶律希达看见杨业的背影，一箭射中杨业，杨业翻身坠马，被辽军擒获。而杨业的儿子杨延玉也在激战中战死沙场，杨业的军队已经全军覆没。
在辽军军营里，杨业说：”“太宗皇帝待我恩重，我本来指望可以讨伐敌人、保卫边疆来报答皇恩，谁知却被奸臣逼迫出兵，致使军队遭惨败，我还有什么脸面活下来呢！”于是，他宁死不屈，绝食三日，活活饿死，壮烈殉国。为自己热爱的大宋王朝流尽了最后一滴血，为抗辽大业用尽了最后一口气。用评价南宋岳飞的“精忠报国（或尽忠报国）”四个字来形容杨业也毫不为过。
陈家谷之战的战报传回朝内，赵光义痛惜杨业之死，将潘美连降三级，王侁直接除名发配金州（今甘肃兰州榆中县），刘文裕发配登州（今山东烟台蓬莱市）。追赠杨业太尉，大同军节度使，并赐予其后代官爵。
1（直接原因）、潘美等人的战略上的失误，王侁等人见死不救。导致陈家谷之战的失败以及杨业的战死的直接原因。
2（客观原因）、辽国经过了辽景宗耶律贤开创的治世“景宗中兴”后，辽国国力已经迅速增强，军事上也不例外。这是陈家谷之战宋军失败的客观原因。
3（宋朝朝廷方面的主观原因）、在陈家谷之战，包括整个雍熙北伐，宋太宗昧于知彼和准备不足。辽在萧太后摄政时期，正处于国势强盛的阶段。宋太宗看不到这一切，不愿认真作好充分的战争准备，未能建立一支拥有众多骑兵的强大军队，并依靠这支军队去摧毁辽军的主力，而只想凭侥幸取胜，以步兵对抗骑兵，其结果就只能以失败而告终。
4（根本原因）、宋朝不合理的军事制度，由不知兵的文官、太监等来监军。而且监军的权利远远大于常年在外打仗的主帅，主帅根本拿监军没办法。这是陈家谷之战失败的根本原因，也是宋朝对辽国、西夏、金国、元朝（蒙古）屡战屡败的原因之一。
陈家谷之战被后人演义成了著名的金沙滩之战，也就是血战金沙滩的故事，可以说，杨令公战死金沙滩（在今山西怀仁县）的故事一定程度上是以陈家谷之战为蓝本的。故事大体是这样的。演义里，杨业（在演义里名为杨继业）与他的七个儿子（注：其实，历史上只有杨六郎杨延昭，杨业的其他六个儿子（杨大郎、杨二郎、杨三郎、杨四郎、杨五郎、杨七郎）和两个女儿（杨八妹、杨九妹）均为后世演义虚构的人物，历史上没有他们）在金沙滩与辽军奋力血战，由于奸臣潘美（演义里为潘仁美）的陷害，杨大郎、杨二郎、杨三郎战死沙场，杨七郎被潘美用乱箭活活射死，万箭穿心，死得相当惨烈，杨四郎被俘至辽国，后为辽国驸马。杨五郎看破红尘，出家为僧。杨业与儿子杨六郎杨延昭奋力血战，却与儿子杀散了。杨业怒触李陵碑，以死殉国，只有杨六郎杨延昭幸存下来，上演了这场七子出战只有一子幸存的悲剧。
这场战役，王侁由于在此次战役当中的糟糕表现，被后来的民间作品《杨家将》直接树立成反派典型，最终以辽国间谍的身份被杨家后代抓住，送往朝廷活剐。
而这场战役，也使得杨业美名远扬，被演绎成了尽忠报国的化身，而原本为北宋名将，曾经攻灭南汉，立下赫赫战功的潘美却因为陈家谷之战的失误，以及杨业的战死，被后世丑化，成为了与陷害岳飞的秦桧几乎齐名的恶名昭著，遗臭万年的大奸臣。一千多年来，潘美一直遭到了后人的百般唾骂，直到今天。
陈家谷之战过后，北宋彻底失去了所有雍熙北伐当中所占领的领土，耗时四个月的北伐彻底掏空了北宋的精锐部队，这也使得后来的几场宋辽之间的战斗当中，北宋完全处于下风。
《宋史·杨业传》是这样记载陈家谷战役的（原文）：雍熙三年，大兵北征，以忠武军节度使潘美为云、应路行营都部署，命业副之，以西上阁门使、蔚州刺史王侁，军器库使、顺州团练使刘文裕护其军。诸军连拔云、应、寰、朔四州，师次桑乾河，会曹彬之师不利，诸路班师，美等归代州。未几，诏迁四州之民于内地，令美等以所部之兵护之。时契丹国母萧氏与其大臣耶律汉宁、南北皮室及五押惕隐领众十余万，复陷寰州。业谓美等曰：“今辽兵益盛，不可与战。朝廷止令取数州之民，但领兵出大石路，先遣人密告云、朔州守将，俟大军离代州日，令云州之众先出。我师次应州，契丹必来拒，即令朔州民出城，直入石碣谷。遣强弩千人列于谷口，以骑士援于中路，则三州之众，保万全矣。”侁沮其议曰：“领数万精兵而畏懦如此。但趋雁门北川中，鼓行而往。”文裕亦赞成之。业曰：“不可，此必败之势也。”侁曰：“君侯素号无敌，今见敌逗挠不战，得非有他志乎？”业曰：“业非避死，盖时有未利，徒令杀伤士卒而功不立。今君责业以不死，当为诸公先。”将行，泣谓美曰：“此行必不利。业，太原降将，分当死。上不杀，宠以连帅，授之兵柄。非纵敌不击，盖伺其便，将立尺寸功以报国恩。今诸君责业以避敌，业当先死于敌。”因指陈家谷口曰：“诸君于此张步兵强弩，为左右翼以援，俟业转战至此，即以步兵夹击救之，不然，无遗类矣。”美即与侁领麾下兵阵于谷口。自寅至巳，侁使人登托逻台望之，以为契丹败走，欲争其功，即领兵离谷口。美不能制，乃缘交河西南行二十里。俄闻业败，即麾兵却走。业力战，自午至暮，果至谷口。望见无人，即拊膺大恸，再率帐下士力战，身被数十创，士卒殆尽，业犹手刃数十百人。马重伤不能进，遂为契丹所擒，其子延玉亦没焉。业因太息曰：“上遇我厚，期讨贼捍边以报，而反为奸臣所迫，致王师败绩，何面目求活耶！”乃不食，三日死。
而续资治通鉴是这样记载陈家谷之战（原文）的：潘美既败于飞狐，乃与杨业引兵护云、朔、寰、应四州民南徙。至朔州狼牙村，闻契丹已陷寰州，兵势甚盛，业欲避其锋，谓美等曰：“今敌锋益盛，不可与战。但领兵出大石路，先遣人密告云、朔守将，俟大军离代州日，令云州之众先出，我师次应州，契丹必悉兵来拒，即令朔州吏民出城，直入石碣谷，遣强弩千人列于谷口，以骑士援于中路，则三州之众保万全矣。”监军蔚州刺史王侁沮其议，曰：“领数万精兵，而畏懦如此！但趋雁门北川中，鼓行而往马邑。”顺州团练使刘文裕亦赞成之。业曰：“不可，此必败之势也。”侁曰：“君素号无敌，今见敌逗挠不战，得非有它志乎？”业曰：“业非避死……当为诸公先耳。（注：杨业说的话与《宋史》大致相同，故省略）”乃引兵自大石路趋朔州。将行，泣谓美曰：“此行必不利。业太原降将，分当死，上不杀，宠以连帅，授之兵柄；非纵敌不击，盖伺其便，将立尺寸功以报国恩。今诸君责业以避敌，业当先死。”因指陈家谷口曰：“诸君于此张步兵强弩……不然，无遗类矣。（注：杨业说的话与《宋史》大致相同，故省略）”美即与侁领麾下兵阵于谷口。色珍闻业且至，遣副部署萧达兰伏兵于路。业至，色珍拥众为战势，业麾帜而进，色珍佯败，伏兵四起，色珍还兵前战，业大败，退趋狼牙村。侁自寅至已不得业报，使人登托逻台望之，以为辽兵败走，侁欲争其功，即领兵离谷口。美不能制，乃缘灰河西南行二十里；俄闻业败，即麾兵却走。业力战，自日中至暮，果至谷口，望见无人，拊膺大恸，再率帐下士力战，身披数十创，士卒殆尽，业犹手刃数十百人，马重伤不能进，匿深林中。契丹将耶律希达望见袍影，射之，业坠马被擒，其子延玉与岳州刺史王贵俱死焉。业初为敌所围，贵亲射杀数十人，矢尽，张空拳击杀数十人，乃遇害。业即被擒，因太息曰：“上遇我厚，期捍边破贼以报，而反为奸臣所嫉，逼令赴死，致王师败绩，复何面目求活邪！”乃不食，三日而死。业不知书，忠勇有知谋，练习攻战，与士卒同甘苦。代北苦寒，人多服毡罽，业但挟纩露坐治军事，傍不设火，侍者殆僵仆，而业怡然无寒色。为政简易，御下有恩，故士卒乐为用。其败也，麾下尚有百馀人，业曰：“汝等各有父母妻子，无与我俱死！”众感泣，无一人生还者。帝闻，痛惜，旋削美三任，侁除名，配金州，文裕登州。赠业太尉、大同军节度使，厚赐其家，录其子五人及贵子二人。
