在战斗中，秦翰派人将战情通知了停驻在赤虏的李继宣。李继宣部火速杀入羊山，"与翰师合势大战"——《宋史李继宣传》。接二连三的生力军加入，而且来的都是精锐，辽军终于崩溃了，阵线已然维持不住开始步步向羊山上退去。"继宣锐于追袭"——《宋史李继宣部》，李继宣死死咬住辽军，舍命追杀，辽军最终也没能在羊山上站稳脚跟，被撵着从山北侧绕至山南侧，随后被赶进了牟山谷。"继宣逐之，环山麓至其阴"——《宋史李继宣传》
李继宣逐辽军过羊山
此时杨延昭、杨嗣以及秦翰部相继撤出战场至赤虏休整，李继宣堵在牟山谷口接连几番冲杀，将辽军杀得苦不堪言，期间李继宣的战马都战死三匹。直至日暮时分，李继宣才撤出战场，退保威虏军。遂城羊山之战就此结束。"继宣马连中矢毙，凡三易骑，进至牟山谷，大克捷"——《宋史李继宣传》
客观的讲，遂城羊山之战的胜利并没有改变军事上辽朝对北宋保持压力的现状。战后，随着辽军主力到来，各路宋军只得退保城寨。按《辽史》记载，辽军最终"次满城，以泥淖班师"。"以泥淖班师"很可能是遮羞的说法，但"次满城"倒很可能是真的。这说明辽军主力到达后又逗留了一段时间，而且将战线推进到了满城一线。而且，即使是对耶律隆庆率领的先锋军，宋军虽然大多数时候掌握着战场主动权，并且对辽军造成了大量杀伤，但却始终没能形成绝杀之势，反倒被兵力优势的辽军逐一击退。
当然，上述的所有不完美都无法否认遂城羊山之战是一场名副其实的大捷。
《续资治通鉴长编》载："与契丹战，大破之，戮二万余人，获其伪署大王、统军、铁林、相公等一十五人首级，得伪印二，以「羽林军」为文，收甲马甚众，首领遁去。"北宋有良将，朝堂缺良帅
另外，遂城羊山之战其实并不是一场有既定战术安排的战役，很大程度上是前线将领随机应变且自发配合的一场战役。按战前计划李继宣等五人在发现敌情且已在长城口交锋后应该各守要隘，等待后方20000先锋骑兵以及步兵主力前推至战场后，三方部队以及前线各军州驻防部队相互配合，按照宋真宗分布下的阵图排开大阵，再由三路都部署王显统一指挥作战。所以说，这场大捷是由北宋前线将领主动求战并自主配合调度下所取得的。实际上也是一次违令作战，甚至是抗旨不遵。不过好在宋真宗对此次参战的诸将并没有追究，好吧好吧，知道害羞还是位好皇上。
《续资治通鉴长编》载："见寇不俟大阵，前驱陷敌，亦可赏也"
对北宋来说，遂城羊山大战是极罕见的由骑兵单独会战而取得的大捷，更难得的是这一大捷是在缺乏高层统一指挥以及兵力劣势情况下所取得的。但这场大捷反应出北宋军政中枢所制定的以镇定高阳关为支撑的对辽防御大阵是不成熟的。其最大的弱点便是相对于来去如风的辽军铁骑来说机动性太差了。比如当大战结束时王显所率领的宋军主力——包括作为先锋的20000骑兵仍然没能抵达战场。
最后，虽然遂城羊山大战有诸多不完美，但仍然表明北宋不但有成建制的骑兵部队，而且非常善战，在对上辽国精锐铁甲骑兵时并不落下风。
