宋军很快就举兵占领荆湘，不能不引起后蜀帝孟昶的惊恐。他一度想派出使臣前往结好，以示臣服，却遭到手下激烈反对。为做好伐蜀准备，宋太祖则多次派出间谍，努力打探蜀中地理情报。赵匡胤任命张晖为凤州团练，秘密潜入西川，大量收集四川的情报。张晖果然没有辜负宋太祖的厚望，对蜀地的虚实、险易情况进行了认真打探。张晖还根据自己的侦察，将巴蜀地区的山川险要绘制成一幅详细的地图呈给宋太祖。
乾德二年（964），孟昶派遣间谍孙遇、杨蠲、赵彦韬悄悄地联络北汉，以合力攻打宋朝，没想到赵彦韬早被宋军间谍所收买。赵彦韬在到达京师之后，立即偷偷地将蜡丸帛书献给宋太祖，宋太祖高兴地说："我们师出有名了！"原来，在张晖获得大量关于后蜀的战略情报之后，赵匡胤就制订了详细的攻打后蜀的作战计划。为了师出有名，赵匡胤一直在等待一个出兵的借口。眼下，既然孟昶企图勾结北汉夹攻汴梁，宋军攻打后蜀就师出有名了。赵匡胤随即任命王全斌为主帅，崔彦进为副帅，多路进兵，直取蜀地。
(宋朝统一图)
十二月，在间谍赵彦韬等人的带领下，大宋的北路军连续在兴州、西县和三泉击败蜀军；而东路军则沿着长江西上，连续击败后蜀水军。次年正月，王全斌率军抵达成都，后蜀帝孟昶出城投降。宋军征讨后蜀的战争，仅仅进行了两个月就宣告结束。
此后，宋太祖一面布置讨伐南唐，一面计划剿灭北汉。因此，就在宋军大举南下的同时，宋在北部边境与北汉之间的间谍战从来就没有中断过。乾德六年（968）七月，宋军抓获一名潜伏的北汉间谍。赵匡胤觉得这正好是可以借用的机会，于是就放走间谍，并通过这名间谍向北汉君主刘钧带话说："你们和周氏才是世仇，我们素无恩怨，如今为何兵锋相向？如果真是有志统一中国，就请速速出兵，一决胜负。"刘钧得到传话，干脆派遣这名间谍再次潜入宋朝，并且回话说："河东的土地、兵甲，不足当中原之十分之一。守住区区弹丸之地，不会有什么前途的。"宋太祖听到这样的回答，笑着请这名间谍替自己传话：一定不会为难北汉君主，会给他一条生路。宋太祖此举是想借间谍之口来麻痹对手，从而进一步获得讨伐北汉的良机。
