武德二年（619年）十月初四，朔方枭雄梁师都在九月初攻打延州失利后，亲率三万铁骑再次侵犯延州（今陕西延安）。
这位盘踞河套的割据势力首领，此次南侵绝非寻常劫掠。延州地处洛水与延河交汇处，既是关中平原北部门户，又是连接河套与中原的锁钥之地。此地"北控沙漠，南卫京畿"，掌控延州便可切断唐朝与陇右、河西的联系，更能与东突厥形成南北夹击之势。梁师都此番军事行动，实欲打通南下通道，与其突厥盟友约定"得延州则共分关内"。
此时延州防务仍由骠骑将军段德操主持，这位曾随李世民平定薛举的悍将，自上次击败刘武周大军后，此次得知敌军再犯，早已在城北三十里的丰林山构筑三道防线。
梁师都大军沿芦子关古道南下时，沿途见到被唐军坚壁清野的焦土，连洛水渡口的桥梁都被焚毁，这预示着此次战役将异常艰难。
而梁师都执意强攻的真正战略意图，实为牵制唐军主力，策应刘武周在河东的攻势，若延州告急，李渊不得不分兵北援，从而减轻宋金刚对并州（今太原）的压力。这种"烽火戏诸侯"式的联动战术，展现了隋末军阀间微妙的政治博弈。
十月初七拂晓，梁师都大军强渡延河，其先锋骑兵三千人直扑延州北门。段德操早已在城北青化砭设伏，待敌军半数渡河时，突然以床弩火箭焚毁浮桥。
唐军左翼由鄜州刺史梁礼率领，从侧翼杀出，将渡河敌军截为两段。梁师都亲率精锐"铁鹞子军"反扑，双方在河滩展开惨烈白刃战。
战斗中，梁礼身中七箭仍"持陌刀立阵前"，最终被突厥射手冷箭穿喉而亡。
段德操见状，亲率二百重甲骑兵从山坡俯冲而下，以"锋矢阵"直插梁师都中军大旗。混战中，段德操长槊挑落梁师都堂弟梁洛仁，唐军趁势擂鼓总攻。梁军阵型大乱，溃兵争渡时溺死者无数，延河水为之赤。
战后清点战场，唐军斩首敌军二千三百级，缴获战马千匹。梁师都披发跣足，仅带亲信百余骑沿葫芦河向北逃窜。
唐朝朝廷听闻捷报，特赐段德操紫金鱼袋，其麾下三十七人皆授勋官。
梁礼战死后，唐军将其遗体暂葬延州城南。直至贞观四年（630年）平定梁师都后，朝廷方追赠其鄜州都督衔，准其子袭爵。民间尊号其为“壮公”。
此役的胜利，在战略层面产生了深远影响。段德操在延州城下的胜利，不仅彻底粉碎了梁师都试图打通南下通道的战略企图，更重创了其与东突厥的联军。据《资治通鉴》记载，此战过后"突厥始疑师都无能"，逐渐减少了对梁师都势力的支持。
从战场态势来看，唐军此战的胜利具有三重战略意义：其一，确保了关中北部门户的安全，使长安免遭来自河套方向的直接威胁；其二，切断了梁师都与河东刘武周集团的潜在联系，使这两股割据势力难以形成战略呼应；其三，震慑了蠢蠢欲动的党项、吐谷浑等西北部族，稳固了唐朝在陇右地区的统治。
更为关键的是，此战的胜利为唐军赢得了宝贵的战略喘息期。武德三年（620年）初，当李世民率军讨伐刘武周时，北线已无后顾之忧。段德操得以抽调精兵增援河东战场，这些久经沙场的边军后来在柏壁之战中发挥了重要作用。
从这个意义上说，延州之战实为唐朝统一北方的重要转折点，其影响远超一场局部战役的胜负。
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