中國的地理環境是南方多水，北方多平川，故有南人乘船，善水戰，北人騎馬，善陸戰之說。
柴榮回到汴梁休整期間，除處理朝政事務外，主要做了兩件事情：一是籌措軍需用品，包括糧草、兵器、帳篷及其他軍用物資；二是籌建造船廠，打造戰船。
關於籌建造船廠的事情，柴榮只是有這個想法，因為在南征的過程中，他發現淮南地區江湖縱橫交叉，南唐的軍隊以船代步，行動自如，部隊的調動十分快捷，周軍只有步兵和騎兵，沒有戰船，更沒有水師，與南唐軍隊作戰，就像缺了一條腿。
一條腿同兩條腿的人打架，想贏是一件很困難的事，柴榮想將一條腿變成兩條腿，但想法總不成形。
柴榮在想，有一個人也在想，這個人就是趙匡胤。
這一天，柴榮正在思索缺條腿的問題，趙匡胤來找他了，見面就單刀直入說：「南人乘船，善水戰，北人善馬，卻都是旱鴨子，周要征服南唐，沒有水軍不行，我們要建立一支強大的水師，水陸並進，兩條腿走路，才能與南唐相抗衡。」
真是英雄所見略同，兩人一謀劃，籌建造船廠、籌建水師這項重大決策就確定下來。
接下來，柴榮下了兩道詔令：一是招募工匠，在汴梁城西的汴河岸邊，籌建造船廠，打造戰艦百艘；二是命令南唐降將，幫助訓練水師，以備再征南唐之用。
南唐皇帝李璟也不是一盞省油的燈，他乘周世宗回京這段時間，傾全國之力，出兵江北，接連收復了被周軍奪去的舒、和、蘄數州，揮師直逼揚州、滁州。駐守揚州、滁州的周將，告急文書如雪片般飛往京師。
柴榮得到這個消息，氣得要死，無奈水師還沒有訓練成熟，不能上陣參戰，只得暫時忍耐；並派人乘快馬趕到壽州告訴李重進，叫他提高警惕，嚴防唐軍乘虛而入。
李重進圍攻壽州已有半年之久，無奈壽州城守將劉仁贍頑強抵抗，無懈可擊，以致壽州城久攻不下。他接到柴榮的詔命，格外小心，把步兵分為兩隊，一隊駐紮在壽州城下，繼續攻城，一隊分布在壽州城四周扼守要道，防止敵人的增援部隊。他自己則坐鎮中軍，一刻也不敢鬆懈。
顯德四年（957年）春，南唐大將朱元、邊鎬、許文稹率兵數萬前來增援壽州。各路援軍在壽州城南的紫金山安營紮寨，營寨連綿數十里。接著，他們強行打通一條通往壽州城的運糧通道，源源不斷地將糧食運往城中，壽州城有了糧食，更是固若金湯。
李重進見唐軍勢大，採用夜襲的辦法，數次殺敗唐將，奪得糧草數十車。朱元等人吃了幾次敗仗，不敢貿然進攻，只是守住紫金山大營，與壽州城中的唐軍遙相呼應。
周軍同唐軍在壽州城形成對峙狀態，唐軍對周軍形成了夾擊之勢，形勢對周軍很不利。
柴榮在汴梁得知南唐派兵增援壽州，擔心李重進有危險，立即下詔：命王朴權為東京留守，管理朝中政務；命侍衛都虞侯韓通為京城內外都巡檢，負責京師安全保衛；命右驍衛大將軍王環為水軍統領；趙匡胤、張永德等大將隨駕，御駕親督戰船，再征南唐。
周軍水師乘戰船從閔河出發，沿潁水進入淮河，一路上，船桅如林，旌旗招展，遮天蔽日，聲勢浩大。
朱元等人得知周世宗御駕親征，一時慌了手腳，派人飛騎趕往金陵向李璟求援。
南唐皇帝李璟接到紫金山大營的告急文書，連忙派遣齊王李景達、監軍陳覺，率兵五萬，緊急增援紫金山大營。
柴榮全身披掛，與趙匡胤督水軍、乘戰船，過淮河直抵壽春城。朱元與左右登高遠望，但見水面上周軍的戰船如梭，來去自如，不由大驚道：「常聞南方人善船，北方人善馬，誰料到今天的北方人，操縱起戰船來也是這樣得心應手，比我們南方人還要敏捷，真的是不可思議。」
朱元正在驚訝之時，突然看到一艘特大戰船乘風而來，船頭上坐著一個身穿袞龍袍的人，朱元料定，這個人一定是周世宗柴榮。柴榮身邊站著一員威風凜凜、相貌堂堂的大將，比柴榮還要威風。朱元不識此人，問左右這個人是誰。有認識的人告訴他，此人就是趙匡胤。朱元讚歎道：「久聞趙匡胤智勇雙全，數次打敗唐軍。想不到此人竟生得如此偉岸，真是個人才呀！」
周世宗的大船靠岸，三聲炮響之後，起船上岸。
周軍上岸，馬上兵分兩路，一路由柴榮親自率兵，前來攻城。另一路則由趙匡胤率領，進攻駐紮在紫金山的唐軍。
紫金山的唐將邊鎬、許文稹見趙匡胤率軍衝殺過來，立即開寨迎敵。兩軍交鋒，戰不多時，趙匡胤率周軍且戰且走，退到壽州城南，唐軍跟在後面，緊追不捨。突然，從山後衝出一標人馬，將唐軍沖成數段，領頭的是周將李懷忠。唐將情知中計，正在驚慌之時，趙匡胤又率軍返身殺回，兩面夾攻，將唐軍沖得個七零八落，首尾不能相顧。僅剩數十騎隨邊鎬，許文稹逃回紫金山。
趙匡胤命兵士呼喊，投降免死，頑抗格殺勿論。無數唐兵聽到喊聲，紛紛下馬解甲，繳械投降。
趙匡胤收了降兵，率軍逼近紫金山下寨。
邊鎬、許文稹成了孤家寡人，無力再戰，指望朱元能前來支援，誰知登高一望，朱元寨中早已豎起了白旗。邊鎬、許文稹二人無奈，只好換了便服，裝扮成樵夫，從後山逃跑了。
紫金山一戰，唐軍全軍覆沒，趙匡胤大獲全勝。這是趙匡胤第四次立下大功。
南唐齊王李景達、監軍陳覺，率軍從金陵出發，由水路日夜兼程，經長江而進入淮河。船隊進入淮河不久，與周軍水師元帥王環率領的戰船碰個正著。王環知是南唐援軍，命令所部水師突然向唐軍發動猛烈攻擊，兩軍在淮河展開了激烈的戰鬥。
突然，岸上鼓聲震天。原來是柴榮率援兵從陸路趕到，在岸上擂鼓為周水師助威。周軍見皇上在岸上督戰，越戰越勇。
李景達和陳覺還不知道紫金山的唐軍已經全軍覆沒，見周軍水師越戰越勇，岸上的周軍越來越多，估計紫金山的唐軍出了問題，命人爬到桅杆頂上去察看。爬桿之人下來報告，說紫金山到處懸掛的都是周兵旗號，沒有看見唐軍一面旗子。
李景達驚訝地說：「難道說，紫金山的唐軍全軍覆沒了？」
陳覺說：「如果不是這樣，為何不見他們的旗號？看來我們也只好撤兵，如果遲了，後果恐怕就不堪設想。」
李景達猶豫再三，只好下令退兵。唐軍將士接到撤退的命令，自然就沒了鬥志，戰艦一退，周軍乘勢追殺。李景達所率的五萬水師傷亡過半。周軍奪得戰船、軍用物資無數。李景達、陳覺率殘部逃回金陵去了。
經此一戰後，唐軍援助壽州的外圍部隊幾乎被掃蕩殆盡。壽州城，成了一座名副其實的孤城。
南唐老將劉仁贍坐鎮壽州城多年，早已是械盡糧空，援軍駐紮紫金山，雖然向城內運進了一些糧草，由於後周大將李重進的攔截，運糧通道並不通暢，運進城中的糧食也不是很多,城中軍民仍然是吃了上頓愁下頓。當他得知紫金山的援軍全軍覆沒、水路援軍又大敗而歸的消息後，一直強撐著的劉仁贍徹底絕望，急火攻心，一下子就病倒了。
柴榮消滅了壽州城外的援軍之後，趁熱打鐵，指揮大軍將壽州城團團圍住。修書一封，以箭射入城中，勸令劉仁贍投降，否則，城破之日，死無全屍。
唐軍守城副將周廷構見壽州城已成孤城，大兵壓境，壽州城危如累卵，而主帥又病入膏肓，不能理事，知道大勢已去，便與營田副使張全約等人商量，以劉仁贍的名義寫了一封降書並派人送往周營，然後大開四門，率領萬餘名守城唐軍一齊出城投降。
周軍入城之後，柴榮下令兵士不得擾民，並開倉放糧，接濟城中饑民。
可憐的劉仁贍躺在病榻之上，已是不省人事，當他醒來的時候，壽州城已經換了主人，知道大勢已去，一口氣接不上，一命歸天，見閻王去了。
周軍攻克了壽州城，撼動了南唐的根基，南唐離亡國也就不遠了。
柴榮率得勝之師凱旋，大賞這次戰鬥中的有功之臣。加拜趙匡胤為義成軍節度使，晉封檢校太保。趙匡胤的待遇、級別都上去了。
趙匡胤是一個胸懷大志、有遠大理想的人，此時在周世宗殿下為臣，是否有不臣之心尚不得而知，但他輔佐周世宗確實是盡心儘力的。
柴榮這個皇帝，在五代的時候，算是一代英主，是個有作為的皇帝。他心中的願望，就是有朝一日能夠統一中原。
在汴梁休整的時間不長，柴榮便決定再次出征，兵發濠州泗州。
柴榮兵發濠州，趙匡胤自告奮勇，請命做了先鋒官。
周軍大隊人馬由水路進發，一路浩浩蕩蕩，戰船行到一個名叫十八里灘的地方，見岸上布滿了南唐的營帳，連綿數十里，軍營里戰旗獵獵，氣勢尤為壯觀。
柴榮見岸上唐軍聲勢如此之大，心想不動真格的恐怕這個仗就不好打