公元986年（雍熙三年）爲收復石敬瑭割讓給遼的燕雲十六州，北宋派遣二十萬大軍分兵四路北伐遼國。

雍熙北伐一開始，宋軍諸路皆捷：曹彬一路攻克固安南城 ，田重進于飛狐北破遼兵，潘美在西陘痛擊遼軍。

但是在後來的戰鬥中宋軍三路大軍連連失誤，互相爭功。戰術上的失誤也非常明顯，尤其是曹彬一路，十萬大軍出師，不但沒有在後勤補給上做萬全準備，使後勤補給線被契丹輕易切斷；而且在糧盡時全軍而退，再被宋太宗一詔擋回，退而復進，聽說遼大軍已到，又掉頭而退。

宋軍途中人多兵疲，缺糧少水，戰鬥力極度下降，連個象樣的殿後軍陣都組織不起來。耶律休哥率遼朝生力騎兵一路尾隨，邊殺邊追，邊追邊殺，一直追到歧溝關，遼軍發動總進攻，宋軍大敗。曹彬收拾殘兵，連夜搶渡拒馬河，於易山南岸紮營，準備休整一下喘口氣。幸虧宋將李繼宣死戰，才使得小股宋軍逃脫。而數萬宋軍，或被殺，或被溺，或被俘，損失巨大。

當時遼軍已佔據寰州，副帥楊業見斜軫軍已據寰州，兵勢大振，欲避其鋒，向潘美等建議道："今遼兵益盛，不可與戰。朝廷止令取數州之民，但領兵出大石路，先遣人密告雲、朔州守將，俟大軍離代州日，令雲州之衆先出。我師次應州，契丹必來拒，即令朔州民出城，直入石碣谷。遣強弩千人列於谷口，以騎士援於中路，則三州之衆，保萬全矣。"而監軍王侁卻建議："領數萬精兵而畏懦如此。但趨雁門北川中，鼓行而往。"護軍劉文裕也贊成王侁的主張。楊業覺得這樣必敗，王侁便挖苦道："君侯素號無敵，今見敵逗撓不戰，得非有他志乎？"楊業無奈，妥協道："業非避死，蓋時有未利，徒令殺傷士卒而功不立。今君責業以不死，當爲諸公先。"將要進發之前，楊業哭對潘美說："此行必不利。業，太原降將，分當死。上不殺，寵以連帥，授之兵柄。非縱敵不擊，蓋伺其便，將立尺寸功以報國恩。今諸君責業以避敵，業當先死於敵。"又指陳家谷口說："諸君於此張步兵強弩，爲左右翼以援，俟業轉戰至此，即以步兵夾擊救之，不然，無遺類矣。"潘美便與王侁等在谷口列陣。

斜軫初聞楊業兵將至，命蕭撻凜伏兵於路。第二日晨，楊業兵果到，斜軫佯退，之後伏兵出，楊業敗走，退至狼牙村。王侁等人從凌晨等到將近晌午時分，派人登臺眺望，以爲契丹軍已經敗走，想要爭功，遂領兵離開谷口，潘美不能制止，率軍沿交河（今桑乾河上游）西南行進二十里，得知楊業兵敗，竟不往救援，而全軍退走。而楊業自晌午力戰到傍晚，且戰且退，終於退到陳家谷口，卻未見半個宋兵的影子，乃頓足捶胸，拊膺大慟，再率部下力戰，身上受傷十餘處，士卒戰死殆盡，楊業仍然手刃數十乃至上百敵兵，因其馬重傷不能行，藏匿於深林之中，被契丹將耶律奚底一箭射中，落馬成擒，其子楊延玉、部將王貴盡皆戰死。楊業被擒後，絕食三日而死。

潘美本爲宋初名將，曾在北宋伐南漢之戰中，虛實並用，聲東擊西，多次以少勝多，戰勝攻取多見其功。伐南唐之戰，師次秦淮河，舟楫未具，揮衆涉水，大破南唐兵；但是陳家谷之戰前竟被王侁慫恿，置楊業於死地，又無法制止王侁擅自行動，撤離谷口，楊業兵敗又不救援，這種表現固然有潘美的重大責任，但當時潘美已然是66歲的老將，常年的征戰已然使他失去了銳氣，加之官至晚年，不願意得罪太宗的"紅人"（宋制，監軍一般爲皇帝比較信任的宦官），所以聽從了王侁的安排，也因此成就了千古罵名。後世流傳甚廣的《楊家將》、《楊門女將》等小說、戲曲和民間故事中，以潘美爲原型的潘仁美成了典型的大反派，背上了本來不屬於他的歷史黑鍋。

事實上，此次戰役後潘美被削三級，導致楊業之死的罪魁禍首王侁被除名流金州，劉文裕除名流登州。而潘美雖然於第二年官復原職，但他仍舊悒悒不樂，數月而卒。然而，陳家谷之戰，雖然王侁先離開而致使缺守，但是潘美身爲主將，不能約束監軍的錯誤行爲，對於楊業之死，他亦難辭其咎。

雍熙北伐，是宋遼戰爭過程中宋對遼的第二次戰略進攻。這次戰略進攻的成敗，不僅在軍事上對宋遼雙方態勢產生重大變化，而且對宋的內政，也產生了重大影響。此戰的失利，使宋對遼的戰略關係由進攻轉爲防禦。