周世宗以朱元带来的降兵，另外建构一座大营，册封朱元为蔡州刺史。
朱元之降，一下子让唐兵心理防线迅速崩溃。随后，世宗指挥周师攻击南唐紫金山营寨，大败唐军，斩获万余人，活捉许文稹、边镐、杨守忠。唐兵余部沿淮水东逃，世宗令骑兵沿北岸追赶，南岸诸将又率步骑兵沿南岸追赶，水军则从淮水中流而下，唐军战死、淹死和投降近四万人，缴获船舰粮食兵器不计其数。刘仁赡听说援兵溃败，病情加重，气噎喉咙，叹息不止。
唐帅齐王李景达及监军陈觉从濠州奔归金陵，全军溃散。他的部下，只有静江指挥使陈德诚全军而还。
世宗又以淮南节度使向训为武宁节度使、淮南道行营都监，带兵戍守镇淮（今安徽蚌埠）军。
世宗从镇淮军再次移驻下蔡。
第二天给刘仁赡发去一封诏书，要他“自择祸福”。
刘仁赡明知大势已去，但不为所动。
在南唐最危急的时刻，李璟忽然爆发出前所未有的“社稷情怀”，他准备也学周世宗御驾亲征。中书舍人乔匡舜上疏切谏，以为不可。李璟认为他这是动摇军心，将其流放抚州。李璟又问神卫统军也即卫戍军区高级将领朱匡业、刘存忠等守御方略。这二人到这步田地，已经没有“方略”可言，只好胡诌。朱匡业诵罗隐诗曰：“时来天地皆同力，运去英雄不自由。”刘存忠认为朱匡业的话说得对。唐主李璟大怒，贬朱匡业为抚州副使，刘存忠则流放饶州。但李璟自己想想，越想越害怕，最后还是没有敢亲征。
已经是春天了，周世宗在寿州城北阅兵，向刘仁赡炫耀周师的强大。检阅之后，随即开始攻城。
这一天，南唐清淮节度使兼侍中刘仁赡，已经病重，他强打精神登上城楼，看到了周师在耀武扬威，但他仍然从容指挥将士开始积极防御。
刘仁赡在城楼上甚至向周世宗大营，瞄准柴荣，亲自射了两箭，终因气力不济，没有射中。也许是他射箭用尽了力气，回府后，病倒，不省人事。
两天后，寿州监军使周廷构、营田副使孙羽等人，以刘仁赡的名义起草表书，遣使者前往周营投降。
周世宗赐刘仁赡诏书，遣门使张保续入城宣示安抚，刘仁赡的儿子刘崇让又出城告罪。
三月二十一日，世宗大陈军旅，在寿州城北接受投降，周廷构等抬着刘仁赡出城，刘仁赡躺着起不来，世宗慰劳赏赐一番，又让他进城养病。刘仁瞻已经没法说话，只能“以手指口”。但无人能明白刘仁赡什么意思。周世宗专门下了一份诏书，任命刘仁赡为天平节度使兼中书令，诏书评价刘仁赡道：
尽忠所事，抗节无亏，前代名臣，几人堪比！朕之伐叛，得尔为多。
向自己事奉的社稷国家而尽忠，坚守臣子节操没有亏负，这样的操守，前代名臣，有几个人能比！朕之讨伐江淮，得到将军这样的人是最大收获！
但刘仁赡接到诏书后，已经无力表态，一代名将，“以手指口而卒”。刘将军病逝，世宗闻讯，又将清淮军改为忠正军，以表彰刘仁赡的节操。
据说刘仁赡死的这一天，天气阴晦、落下了细细密密的黄沙。城中士卒闻之，人人哭泣。更有人说：“上天不仁，而使吾父死也！何用生为！”老天爷不仁义，而让我的父亲这样死去，我还活着干吗！当场就有几十人自杀而死，甘心为刘将军陪葬。事见宋人龙衮《江南野史》。刘仁赡得人心就到这个程度。
史称刘仁赡轻财重士，法令严肃，故能以一城之众连年据守。更令人震惊的是：等到刘仁赡不得已“投降”周师时，刘部将士“无敢窃议者”！战即战，降即降，一切皆听将令。治军如此严整，这才是真正的军人风采。那种主将投降，部下不服，到处揭竿或打冷枪的行径，其实不是军人所当为。军人以服从命令为天职，这话分量极重。刘仁赡做到了，五代之际，一人而已。
世宗又下一系列诏书，将寿州府治移往下蔡，故城寿州改为寿春县；赦免州境死罪以下全部囚犯；州中百姓因为受到南唐刑罚而啸聚山林的，一并召回重操旧业，既往不咎；有曾经被伤害的，不得复仇；昔日政令有不方便士庶的，可以写成文书奏报。
南唐主李璟听到刘仁赡病逝，也痛哭一场，追赠他为太师。
世宗下诏开寿州粮仓赈济饥民，而后，返回东京汴梁。
寿州平。
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