乾德二年(公元964年)，範質、王溥、魏仁浦三相一起請辭，遂免其政事;趙普出任門下侍郎、同中書門下平章事。太祖又任命薛居正、呂餘慶爲參知政事。朝廷的中樞機構就此形成。
自從聽取了趙普的意見之後，宋太祖無時無刻不在思考如何攻取後蜀。消息傳到成都，後蜀主孟昶十分惶恐。丞相李昊勸孟昶向宋朝貢，避免戰爭。孟昶的近臣王昭遠卻認爲入蜀道路艱險，宋軍無法到達，不必稱臣進貢。孟昶決定增加水陸兵馬，防守要塞。王昭遠建議和北漢聯合，夾攻宋。孟昶派趙彥韜將一封用蠟封的信送去太原。趙彥韜卻將信送去了汴京。
太祖看了孟昶的信，找到了進攻的藉口。這年十一月，太祖任命王全斌爲西川行營鳳州路都部署，崔彥爲副;劉光義爲歸州路副都部署;王仁贍、曹彬爲都監，率領六萬人，分路入蜀。
衆將領旨兵分兩路出發，一路由王全斌和崔彥進率領，從鳳州出發;另一路由劉光義和曹彬率領，從歸州出發，浩浩蕩蕩殺向西川。
孟昶聽到警報，任命王昭遠爲都統，趙崇韜爲都監，韓保正爲招討使，李進爲副率軍抵抗宋軍。王昭遠誇下海口說：“這次出兵不僅要打敗宋軍，就是進軍中原也不在話下。”
王昭遠以諸葛亮自比，手拿鐵如意，指揮大軍起程出發。他剛到羅川，王全斌已攻克了萬仞、燕子二寨，又進攻興州。王昭遠派韓保正、李進率五千兵馬前去抵擋。韓、李領軍到三泉寨，遇到宋軍先鋒史延德。李進、韓保正雙雙被史延德擒去，五千蜀兵被全殲。三十萬石軍糧成了宋軍的戰利品。
王昭遠聽到消息，在羅川佈陣迎戰。史延德等到崔彥進來會合才繼續前進。他們遠遠就看見蜀兵沿江安營，江上還有浮橋。宋軍搶佔浮橋，爭先恐後衝過橋去。王昭遠嚇得魂飛魄散，退守漫天寨。
崔彥進兵分三路，同時進發，在漫天寨擊敗王昭遠。王昭遠向西逃竄。宋軍得到許多武器糧草。崔彥進帶領部隊繼續向成都進發。後蜀軍節節敗退，退守劍門關。
劉光義、曹彬率領另一路宋軍，攻克夔州(治今重慶奉節縣)，繼續西進，沿途萬州(治今重慶萬縣市)、施州(治今湖北恩施)、開州(治今重慶開縣)、忠州(治今重慶忠縣)紛紛投降。
王全斌聽說東路軍大捷，立即進攻益州，途中俘獲蜀中偵察兵，打聽到入蜀道路。王全斌從來蘇直奔青強，又分兵給史延德，讓他偷襲劍門關。王昭遠聽到青強告急，讓偏將留守劍門關，親自帶領大部隊到漢源坡，阻擊王全斌;還沒看見王全斌的影子，劍門失守的消息已經傳到。王昭遠嚇得魂不附體，行爲失常。
王全斌、崔彥進已從青強殺到，大敗蜀軍，活捉都監趙崇韜和王昭遠，蜀軍已無力抵抗。
孟昶正與寵妃飲酒取樂，接到大敗的消息，酒都嚇醒了，急忙招募士兵，任命太子玄喆(zh )爲統帥，李廷 、張惠安等爲副將，趕赴劍門關，支援前軍。孟玄喆帶着美女行軍，彷彿是在遊山玩水，剛到綿州就聽到了劍門失守的消息，倉皇逃回成都。
孟昶向羣臣問計，丞相李昊建議獻土投降。孟昶命李昊寫降書，派伊審徵送給王全斌。王全斌派康延澤帶領一百騎兵，跟着審徵到成都，宣讀太祖的聖旨，查封府庫。第二天，孟昶親自出宮門到郊外昇仙橋宋營，以亡國之禮拜見宋軍統帥王全斌。王全斌即率大軍進入成都，劉光義的兵馬也前來會合。此時爲乾德三年(公元965年)正月。
自王全斌等於宋發兵至孟昶出降，才六十六日，後蜀即平。後蜀從公元933年受後唐封爲蜀王(次年稱帝)，至公元965年被北宋滅亡，共歷二主，三十三年。
再說宋太祖接到孟昶的降表，便任命呂餘慶擔任成都知府，命孟昶速率家屬，進京授職。孟昶不敢怠慢，很快就到了汴京。太祖在崇元殿接見孟昶，封孟昶爲檢校太師兼中書令，授爵秦國公，對孟昶家眷都有封賞。後蜀的所有俘虜全部釋放。
孟昶帶着妻妾進宮謝恩。孟昶的妾花蕊夫人國色天姿，豔麗非凡，並能賦詩填詞。此時，太祖繼后王氏已去世。太祖見了花蕊夫人這傾國傾城的美人兒，頓時覺得六宮妃嬪都索然無味。
一夜，太祖召孟昶進宮宴飲，直到深夜才告別回家。第二天晚上，孟昶突發疾病，胸口好像有東西堵着，不能吞嚥東西，醫生換了好幾撥，沒有絲毫效果。幾天後，一命嗚呼。太祖罷朝五天，由朝廷出錢厚葬孟昶，追封他爲楚王。
孟昶的喪事辦完，花蕊夫人等進宮謝恩。太祖將花蕊夫人留宿宮中，第二天，冊立花蕊夫人爲妃。
宋太祖得了花蕊夫人，就像得到了活寶貝，一退朝，就和花蕊夫人飲酒作樂，或看花蕊夫人繪畫、題詩，享受着和平的快樂時光。
宋太祖久聞花蕊夫人擅詩，即令賦詩。花蕊夫人即獻《述國亡詩》一首，傾吐心聲：“君王城上豎降旗，妾在深宮那得知?十四萬人齊解甲，更無一個是男兒。”原來宋師攻蜀僅六萬人，蜀軍雖守卻有十四萬之衆;後者卻迅速繳械投降，令花蕊夫人爲之羞憤。此詩一出，太祖卻拍手叫好，後世詩評家也多以激賞。
不過，很快就從川中傳來急報，文州(治今甘肅文縣)刺史全師雄起兵作亂，王全斌屢戰屢敗，向朝廷求援。
原來是王全斌入蜀後貪酒好色，不理軍務，放縱部下擄掠女子，搶劫財物，蜀中百姓無不怨恨。太祖調蜀兵進汴京，王全斌竟然剋扣士兵的盤纏。乾德三年(公元965年)三月，蜀兵到達綿州，揭竿而起，自稱興國軍，響應者達到十多萬。他們脅迫文州刺史全師雄爲興國軍元帥。王全斌派朱光緒前去安撫。朱光緒亂施淫威，全師雄家族除全師雄的一個女兒，因姿色可人，被他霸佔免於一死外，全遭殺害。全師雄被激怒，率軍攻佔彭州，自稱興蜀大王。川中百姓，羣起響應。崔彥進和弟弟彥暉分路前去征討，屢戰屢敗，崔彥暉陣亡。王全斌又派張廷翰去援助，也被打敗逃回成都。成都一片混亂。
王全斌怕成都城中的二萬七千名後蜀降兵響應亂軍，將他們全部誘殺。川中兵民，爭相抗拒宋軍，西川十六州，同時變亂。王全斌無法可想，一面向朝廷求援;一面派劉光義、曹彬帶兵征討全師雄。
劉光義廉潔，曹彬寬厚。他們入川時秋毫無犯，深得民心。他們從成都出發，在新繁與全師雄遭遇，兩軍對陣，全師雄軍中許多人向劉、曹投降，全師雄無法控制，只好撤退。軍隊往後一撤，局勢就更難控制，宋軍如潮水般撲上去，亂兵紛紛放下武器投降，抵抗者非死即傷。全師雄在金堂病死，羣龍無首，叛亂被平定。此時已是乾德四年(公元966年)夏秋之際。
平定全師雄叛亂後，宋在西南地區聲望更高，西南各少數民族也紛紛歸附宋朝。
王全斌回京，被降爲崇義節度留後，其他入蜀將領也被降職;只有曹彬因清廉有功，升任宣徽南院使，劉光義也受到嘉獎。
太祖想立花蕊夫人爲皇后，趙普諫阻。太祖選左衛上將軍宋偓十七歲的女兒進宮。宋太祖的年號乾德，前蜀曾用過，太祖遂詔令將乾德六年(公元968年)改爲開寶元年。開寶元年(公元968年)二月，宋太祖立宋氏爲後。
宋氏進宮，就冷落了花蕊夫人。花蕊夫人因怨成病，鬱鬱而終。太祖下令以貴妃禮安葬。
