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楚州城北，距楚州城墙有百步之遥，有一座水寨飞楼。正月二十三日，柴荣率诸将及群臣登上飞楼，并命张永德向楚州喊话，请楚州防御使张彦卿答话。不一会，张彦卿便一身戎装地出现在楚州城头之上，对着柴荣稽首行礼。柴荣命张永德向其问话，张永德问道：“天子神武南征，所到之处尽皆望风披靡，一个月不到，濠、泗、扬、海、泰诸州既已尽皆归附，楚州小城，又是孤城一座，将军何不早早投降呢？也免得生灵涂炭，殃及一城百姓。”
张彦卿答道：“我乃一介武夫，只知尽忠于君国，不知有他。职责所在，张某只好与楚州共存亡了！”
张永德道：“将军何必如此执迷不悟！莫要为了一己虚名，连累了一城军民。”
张永德话音刚落，对面城墙上众军士突然齐声喝道：“我等皆愿跟随张将军，誓与楚州共存亡！”
柴荣大惊，回头对赵匡胤道：“张彦卿此人不可小觑，竟能令军士如此拥戴！”正在这时，对面城墙之上，一位军校模样的人破口大骂道：“柴荣小儿，赶快滚回大梁去，否则，定叫你死无葬身之地！”随后，又有几个兵士，也高声喝骂，一口一个“柴荣小儿！”
柴荣勃然大怒，周兵也大为震惊，纷纷举弓发箭，但是距离实在太远，飞箭只能撞在城墙之上，却无法射及士卒。楚州军士一见，骂得就更凶了。张永德大怒，正要亲自举弓发箭，突有一将越众而出，举弓叫道：“看我的！”一箭射出，楚州城楼上的一名兵士应弦而倒，众将连声叫好。
张永德一看，原来是控鹤弓箭指挥使马仁瑀。他此时也来了精神，说道：“马将军，咱们比试一下！”说罢，当即连珠飞射，一连射倒了三位楚州军士。马仁瑀不甘落后，也射倒了三名军士。周军齐声喝彩，楚军连忙后退，骂声渐小。
柴荣传令各军急攻楚州，当日就要拿下楚州城。但是，各军昼夜急攻了十几天，却一直无法攻克。柴荣之怒渐渐平息，冷静下来后，便不愿为了一座孤城而浪费时日，留下赵匡胤率五万余兵士继续攻城，他则亲率数百艘战舰准备从淮河进入长江，直入南唐腹地。但是，行至北神堰，由于河水太浅，又全是污泥水草，舰队就无法通过了。
柴荣便想凿通楚州西北的鹳水以疏通水道，遣张永德前往探视。不久，张永德回报说地势太过宽厚，耗工太多，恐怕一时难以浚通。柴荣却不相信，竟亲自前往探视，说来奇怪，他竟真的找到了一条废旧的水道，当日即调发楚州壮丁浚挖，只用十天，大功就告成了。张永德大为叹服，说道：“圣上真乃洪福齐天，臣也仔细探查过了，却没有发现这条水道，真是奇怪！
水道浚通后，柴荣即命右神武统军宋延渥率水军南下。宋延渥领命，率领一百多艘战船和数十艘齐云巨舰，张帆南下，很快就进入了长江。南唐人一见，尽皆大惊失色，皆以为周兵有神人相助，南唐败亡就在眼前了。
宋延渥不费吹灰之力，就击败了长江沿岸的静海军。自此，周国与吴越的陆上通路就被疏通了。年前，柴荣曾遣左谏议大夫尹日就出使吴越，临行之际，对他言道：“爱卿如今尚需泛海远行，等到回来时，淮南就已平定了，你就可以从陆地上回大梁了。”至此，尹日就果然可以渡过长江，直接从陆地上回大梁了。
柴荣率军南下后，赵匡胤原本想：楚州小城，兵卒仅有一万，又无外援，柴荣却给他留下了五万大军，张彦卿即便再顽强，也是撑不了多久的，不想，他一连急攻了四十多天，能想到的办法都用了，还是无法将楚州攻克。柴荣大为不满，竟然调集数百艘战舰又来到楚州城下战，并亲自擂鼓、掌旗。众军士见天子如此，个个斗志昂扬，人人高唱着《檀来》战歌，尽皆奋力冲杀。一时间，步军、骑军、水军，七八万人多路并进，数十里之外都能听到那如海啸一般的歌声、杀声，其声势之大，恰如震霆烈焰一般！
楚州城犹如飘摇在周军战火狂飙里的一叶孤舟，随时都会灰飞烟灭，但张彦卿却站立在城墙之上，丝毫不为所动，从容地指挥着军士四面守御。一位年轻将领带着哭腔地哀求道：“大人，眼下周军每日都有上百艘战舰驶向大江，金陵尚危在旦夕，守此孤城又有何用呢？这不是让兵士们白白送死吗？”张彦卿和众将回头一看，说话的正是张彦卿的爱子张光隐！
张彦卿点了点头，突然手指前方，对诸将道：“看那里，周兵攻上来了！”诸将大惊，连忙顺着张彦卿手指的方向观望，却哪里有周兵攻上？就在诸将一愣神间，猛听得身后一声惨叫，众将心中一凛，回头一看，张光隐已经身首分离了！
张彦卿兀自手握着宝剑，剑尖上的鲜血一滴一滴地滴落在砖墙上，砖地上已是殷红一片……
张彦卿呆立半晌，手中宝剑掉在了地上，良久方才含泪对诸将道：“彦卿受李家厚恩，怎能负恩降敌？如今，此城就是我的死地了，你等愿降则降，我不会拦阻的，但是千万不要劝我投降，否则，就如同我的儿子一样！”
诸将皆惊愕不已，个个眼含热泪，齐声说道：“将军忠义，亘古难见，我等愿随将军战死此地，决不投降！”
柴荣见张彦卿如此死硬，又急又恨，严命诸军架设云梯、凿挖城墙、填充柴草、泼浇火油、发射火炮、投掷巨石、堆积土山……反正能用的招数都用上了，昼夜不停地一连攻了十多天，这才将楚州城攻破。一时间，楚州城四处尘土飞扬、火焰熏天。
张彦卿犹自在城内结阵，寸土必争。军阵很快就被攻破，张彦卿只好转为巷斗。日暮之时，张彦卿率十几名亲军退至州府，用尽最后的气力与周军格斗。周军蜂拥而至，楚州军很快就拼得只剩下张彦卿一人了。张彦卿只好抡起长刀，乱砍乱杀；长刀卷刃了，则拔出匕首乱挥；匕首插进周兵身体里拔不出来了，只得退至室内，举起绳床横扫；绳床被周兵击成了碎片，只好举着两个空拳肉搏，拼到最后，竟连空拳都举不起来了，他犹自挣扎，口中不停地念叨着：“陛下，臣没力气了！”“臣不行了”……终于，扑通一声，倒地不起。周兵服其勇烈，皆不忍用利刃触及其身。过了好久，才有军将走到张彦卿跟前，这才确认他已力尽而死了，不过，他犹自圆睁着双目！
楚州城的唐军，自兵马都监郑昭业以下一千多人尽皆力战而死，竟然没有一人投降。周兵死伤也极为惨重，单是阵亡的兵士就有三千多人！柴荣又痛又怒，当即传令将城中居民尽数杀戮，以为战死的周兵报仇。范质极言不可，柴荣大叫道：“楚州城满打满算也不到一万兵士，却损我这么多劲卒，若是唐人都像张彦卿这般，何时才能平定江北？我就是要杀一儆百！”
范质道：“陛下若是把人都杀光了，疆土再大又有什么用呢？”
赵匡胤也劝道：“楚州百姓皆受了张彦卿蛊惑，陛下暂歇雷霆，万不可留下一个屠城的恶名！”
柴荣犹自怒火难平，恨恨地说道：“既是如此，就将所有官吏、士卒统统杀了！所有参与抵抗之人也不能放过！”
范质还欲再劝，赵匡胤拉了拉他的衣角，示意他不要再说了。
柴荣此令一下，一万多城内士民当日就被杀害了。柴荣随后下令焚城，无论官衙、民居，尽皆举火焚烧。就这样，楚州城一连着了三天大火，直至成为一片废墟。不过，柴荣虽然气恼，但终是心服张彦卿忠心，没有杀其次子张光祐。
后人有诗叹道：
由来秉节世无双，死守孤城身不降。
原知唐君欲屈膝，只留红血灌长江。
柴荣攻占楚州后，遣使江陵，加封荆南节度使高保融南平王，令其出军攻伐南唐，同时遣使杭州，诏命吴越王钱弘俶遣军出击南唐。钱弘俶接到诏命后，当即遣上直都指挥使邵可迁、秀州刺史路彦铢率战舰四百艘、士卒一万七千人屯兵于通州南岸；高保融则遣指挥使魏璘率战船一百艘东下至鄂州。
柴荣随后又命李重进率兵攻取庐州，他则亲率大军南下。
大军抵达扬州后，柴荣见昔日富甲天下的扬州已是一片废墟，心中感伤不已，便命韩令坤调发一万多壮丁，在扬州旧城东南修筑小城，以为扬州治所，还特意遣使者祭奠杨行密、徐温等人的陵墓。
柴荣率军抵达长江岸边的迎銮镇，遣李继勋率水师至江中岛探查敌情。次日，柴荣正在长江岸边观赏大江风景，突然望见数十艘南唐战船正在大江中巡游，便命赵匡胤率战舰前去追击，南唐水军一见，大为惊慌，连忙退了回去，赵匡胤一直追至南岸，并纵火焚烧掉其营栅后，方才回师。
赵匡胤奏道：“臣探知，有数百艘南唐战舰正停泊在东布州，意图前往海口，以扼断苏、杭通路。”
柴荣当即命慕容延钊率领三千步骑军、宋延渥率领三百艘战舰沿江而下。不久，慕容延钊、宋延渥送来捷报，大破唐兵于东布州。