韩琦吸取好水川之战兵败的教训，与范仲淹同心协力镇守边陲，被誉为“军中有一韩，西夏闻之心骨寒。军中有一范，西夏闻之惊破胆。”

自从原来臣服宋朝的西夏国主李元昊称帝，公开与宋朝对抗以来，与夏邻界的陕西形势就非常吃紧。韩琦从四川刚回到京城，就向朝廷详细剖析了陕西边备形势，随即被任命为陕西安抚使。到了陕西，他看到苛捐杂税很重，百姓非常穷苦，便一律予以免除。

康定元年（1040）正月，元昊大举围攻延州（今陕西延安），守将刘平、石元孙在三川口（今陕西安塞东）兵败被俘，镇守延州的范雍降职他调，韩琦大胆推荐被诬为“荐引朋党”而被贬越州（今浙江绍兴）的范仲淹。他在上仁宗的奏章中说：“若涉朋比，误国家事，当族。”五月，韩琦与范仲淹一同被任命为陕西经略安抚副使，充当安抚使夏竦的副手。韩琦主持泾原路，范仲淹主持鄜延路。

在对西夏用兵的策略上，三人意见分歧。韩琦持强硬立场，力主攻策，与夏军决战，认为拖延时日，财政日绌，难以支撑，况且“元昊虽倾国入寇，众不过四五万人，吾逐路重兵自为守，势分力弱，遇敌辄不支。若并出一道，鼓行而前，乘贼骄惰，破之必矣。”范仲淹则力主守议，反对贸然进攻，主张持久防御，在加强军备的前提下，乘便击讨，不赞成深入敌境的进攻战。

夏竦难以定夺，即派韩琦、尹洙到汴京以攻守二策进呈朝廷，请仁宗自己决定。仁宗幻想一举解决问题，于是决定采用韩琦攻策，并下诏鄜延、泾原两路会师，定期于庆历元年（1041）正月进攻，后从范仲淹请求改为春暖出师。

庆历元年春，元昊在伺机攻宋前，向宋军诈和，被韩琦识破。他对部下说：“无约而请和者，谋也。”命令诸将严加防守。二月，元昊率10万大军进攻渭州（今甘肃平凉），直逼怀远城（今宁夏固原西）。韩琦闻讯，急派大将任福领兵一万八千人，以桑怿为先锋，前往抵御，进行阻击。行前，韩琦向任福面授机宜，命令他们绕到夏军背后，可战则战，不可战则据险设伏，截其归路，并再三叮嘱：“苟违节度，虽有功，亦斩。”

任福在张家堡南打了个小胜仗，于是贪功轻进。夏军佯败退走，沿途遗弃不少物资，宋军不知是计，轻装猛追至渭州北边之好水川（今宁夏隆德西）。当时，夏军在好水川里边放了几个木盒子，宋军只听盒子里有鸟叫声，不敢轻动。任福到时，命令打开，只见一百多只鸽子飞跃而出，盘旋在宋军上空。这正是西夏军队发出的合击信号。宋军正在惊疑之时，夏军已从四面合围。宋军虽英勇战斗，怎奈人马三日乏食，疲惫不堪，宋军大败，6000余人阵亡，任福等将校军官数百人亦死于难。韩琦立即下令退军，在半路中，阵亡将士的父兄妻子几千人，号泣于马首前，持故衣纸钱招魂而哭说：“汝昔从招讨出征，今招讨归而汝死矣，汝之魂识亦能从招讨以归乎？”当时哀恸之声震天地，韩琦掩泣驻马不能行进。

好水川之战，元乃是昊用陕西落第举子张元之计，大败韩琦，张元乃作诗一首投掷宋境，讽刺道：“夏竦何曾耸？韩琦未足奇。满川龙虎辈，犹自说兵机。”宋军兵败好水川，虽不是韩琦亲自指挥，但贸然出兵，用人不当，也难辞其咎。

战后宋廷追究败军之责，撤去了夏竦的职务，韩琦、范仲淹也被调职他用。韩琦降为右司谏、知秦州，范仲淹降为户部员外郎、知耀州（今陕西耀县）。十月，宋廷分陕西为秦凤、泾原、环庆、鄜延四路，韩琦知秦州，王沿知渭州，范仲淹知庆州，庞籍知延州，并各兼本路马步军都部署、经略安抚缘边招讨使。二年四月，韩琦受任秦州观察使。

闰九月，宋军又大败于定川寨（今宁夏固原西北），大将葛怀敏战死，主持泾原路军务的王沿被降职他调。十一月，朝廷采纳了范仲淹的建议，韩、范二人屯驻泾州（今甘肃泾川），共守西陲。

自好水川败后，韩琦始信服范仲淹守议，两人同心协力，互相声援。由于两人守边疆时间最长，又名重一时，人心归服，朝廷倚为长城，故天下人称为“韩、范”。边塞上传诵这样的歌谣：“军中有一韩，西夏闻之心骨寒。军中有一范，西夏闻之惊破胆。”