Sau cuộc chiến Việt – Chiêm năm 1044, niềm kiêu hãnh của người Chiêm Thành bị tổn thương nghiêm trọng. Với việc vua Jaya Sinhavarman I bị giết, đây là lần thứ hai một vị vua Chiêm Thành chết trong chiến tranh với người Việt chỉ trong vòng chưa đầy bảy thập kỷ (trước đó là vua Paramesvaravarman I chết trận năm 982). Việc này cùng với những mất mát nặng nề bởi cuộc chiến đã hun đúc nên lòng căm thù của giới cai trị và các tầng lớp dân chúng Chiêm Thành đối với Đại Cồ Việt. Và hiển nhiên, Chiêm Thành bắt đầu tìm cách báo thù.
Kể từ năm 1054, vua Lý Thánh Tông lên ngôi đã đổi tên nước Đại Cồ Việt thành nước Đại Việt. Mặc dù mối quan hệ Chiêm Thành – Đại Việt đã có lúc khá yên ả với các lần sứ Chiêm sang triều cống vào những năm 1055, 1057, 1059, 1060, 1063, 1065, thì đó cũng chỉ là bề nổi của vấn đề. Bởi vì Chiêm Thành đang ở thế yếu hơn, nên phải nhẫn nhịn chờ thời cơ. Ngoài mặt triều đình nước Chiêm cố chiều lòng vua tôi Đại Việt, nhưng trong nước thì việc binh bị được chú trọng tăng cường. Chiêm Thành cũng muốn tranh thủ sự ủng hộ của Tống, dựa vào Tống để chống Đại Việt.
Lại nói Tống triều dưới thời trị vì của vua Lý Nhân Tông đang muốn giữ mối bang giao tốt đẹp với Đại Việt. Phần vì nước Đại Việt dưới sự trị vì của các bậc minh quân tiếp nối nhau là Lý Thái Tổ, Lý Thái Tông, Lý Thánh Tông đang rất mạnh và phần vì triều đình nhà Lý cũng bày tỏ thái độ thân thiện với Tống. Nếu so với các nước Liêu, Hạ ở phía bắc thì Đại Việt là một láng giềng thân thiện với Tống hơn rất nhiều. Tuy nhiên, một số quan chức ngoài biên ải của nước Tống lại không nghĩ được như vậy. Tri châu Ung Châu là Tiêu Chú kể từ khi nhậm chức luôn tỏ thái độ hiếu chiến với Đại Việt vì hiềm rằng các dân khê động vùng giáp biên giới Tống – Việt tỏ chí hướng về nam, muốn theo về triều đình nhà Lý hơn là theo Tống. Tiêu Chú đã gởi thư về triều tâu rằng : “Giao Chỉ tuy có triều cống, thật thì ngầm ngấm họa tâm, thường dùng cách tâm thực mà lấn vương thổ …” và khuyên vua Tống Thần Tông “Tôi nay đã rõ chỗ quan yếu, thấu chỗ lợi hại. Nếu không đánh bây giờ mà lấy Giao Chỉ đi, thì sau sẽ có điều lo cho Trung Quốc”. Song song với việc mách nước, Tiêu Chú tự tiện chiêu dụ dân châu Quảng Nguyên theo Tống, cài nội ứng, tụ tập các thế lực chống triều đình nhà Lý lại mà chu cấp cho. Y lại cho luyện binh, tích lương, dẫn quân đi tuần rầm rộ ngoài biên giới. Việc đến tai vua Lý Thánh Tông, ngài đã không ngần ngại dùng biện pháp quân sự mạnh để trừng trị những chiêu trò khiêu khích của Tiêu Chú.
Năm 1059, Lý Thánh Tông đem quân đánh các động Tư Lẫm, Cổ Vạn, Chiêm Lăng thuộc Khâm Châu của Tống, giết viên quản câu Lý Duy Tân. Quân Đại Việt diễu binh qua các động ngoài biên, rồi đóng quân uy hiếp nước Tống. Vua Tống phái người tra xét, biết được nguồn cơn là do Tiêu Chú khiêu khích trước nên ra chiếu chỉ ngăn cấm. Bọn Tiêu Chú sau đó vẫn chưa chịu thôi, nên vua Lý Thánh Tông lại hội binh với phò mà Thân Thiệu Thái đánh châu Tây Bình, động Vĩnh Bình thuộc Ung Châu, chém tướng nước Tống là Tống Sĩ Nghiêu, bắt sống tướng Dương Bảo Tài. Thế quân Đại Việt đã mạnh lại có danh nghĩa chính đáng, khiến vua Tống phải xuống nước hòng tránh một cuộc chiến tranh lớn. Bọn quan chức hiếu chiến ngoài biên là Tiêu Cố, Tiêu Chú đều bị cách chức. Quân Đại Việt vẫn chưa chịu lui, Tống Nhân Tông miễn cưỡng phải phái quân đánh ứng chiến. Nhưng rồi các quan tướng Tống được phái đi lại chủ động bàn hòa với quân Đại Việt. Vua Lý Thánh Tông bấy giờ mới bằng lòng rút quân đi.
Những diễn biến ở vùng biên giới Tống – Việt đủ cho thấy binh uy Đại Việt thời vua Lý Thánh Tông lớn đến nhường nào, có thể khiến một đế chế lớn như Tống phải vị nể. Thế nhưng, nước Chiêm Thành có lẽ vì thiếu thông tin hoặc xem nhẹ năng lực dò thám của Đại Việt, đã cố gắng tìm cách liên minh với Tống để chống Đại Việt. Năm 1061, vua Rudravarman III (danh hiệu đầy đủ là Yang Pu Sri Rudravarmadeva) lên ngôi, sử Việt gọi là Chế Củ. Vị vua này càng tích cực chuẩn bị cho một cuộc báo thù đối với Đại Việt. Ở trong nước, vua Chế Củ cho tuyển mộ binh lính và thao luyện khẩn trương hơn trước. Mặt khác, Chế Củ cho sứ giả sang Tống xin mua ngựa và ngỏ ý thuần phục Tống để mong được sự bảo hộ. Nước Tống tuy muốn nhận sự thuần phục của Chiêm Thành nhưng vẫn còn phân vân vì ngại Đại Việt. Do đó, vua Tống chỉ tặng cho Chiêm Thành một con ngựa bạch và cho phép Chiêm Thành được mua lừa ở Lưỡng Quảng. Dù liên minh Tống – Chiêm Thành lúc này vẫn chưa thành hình và phần nào vẫn chỉ là ý muốn một chiều của nước Chiêm, nhưng đã trở thành cái cớ không thể tốt hơn cho vua Lý Thánh Tông mở cuộc nam chinh. Rõ ràng, Chiêm Thành thời kỳ này so với Đại Việt yếu hơn rất nhiều. Việt nước Chiêm Thành được yên ổn chẳng qua là do Đại Việt đang thỏa mãn vị thế bề trên của mình và mong muốn hòa bình ở phương nam để củng cố việc nội trị, đồng thời ra uy với nước Tống. Chính sách của vua Chế Củ đã làm cho những nền tảng hòa bình mong manh trên bị phá vỡ.
Trong năm 1068, vua nước Chiêm Thành xua quân quấy rối biên giới, ra mặt đối đầu với Đại Việt. Hiển nhiên, vua Lý Thánh Tông không để yên chuyện. Mùa xuân năm 1069, vua Lý Thánh Tông tạm giao quyền cai trị lại cho Ỷ Lan Nguyên phi và Thái sư Lý Đạo Thành, còn ngài thì thân chinh đem đại quân đi đánh Chiêm Thành, phong cho Lý Thường Kiệt làm Nguyên soái. Cũng như những lần trước, quân Đại Việt tiến quân theo đường biển. Thủy quân Chiêm Thành cố gắng ngăn chặn quân Đại Việt từ ngay tuyến đầu. Tại cửa biển Nhật Lệ, một trận đại thủy chiến đã nổ ra với phần thắng thuộc về quân Đại Việt. Sau khi đã đánh tan đội thủy quân Chiêm Thành, quân Đại Việt tiếp tục tiến bằng đường biển. Đến hải cảng Thi Lợi Bì Nại (đầm Thị Nại ngày nay), vua Lý Thánh Tông cho quân đổ bộ, tiến đóng doanh trại ở bờ sông Tu Mao (sông Tam Huyện ngày nay), uy hiếp kinh thành Phật Thệ (Vjiaya, thuộc Bình Định ngày nay).
Lúc ấy, tướng Chiêm Thành là Bố Bì Dà La đem quân bày trận ở bên kia sông Tu Mao. Quân Đại Việt sau khi ổn định doanh trại bèn vượt sông sang đánh. Quân Chiêm chống không nổi, tướng Bố Bì Dà La bị chém chết tại trận, toàn quân tan vỡ. Từ trong thành Phật Thệ, vua Chế Củ hay tin thua trận báo về lập tức dẫn vợ con cùng lực lượng còn lại rút lui về xứ Panduranga. Quân Đại Việt vào thành Phật Thệ, dân trong thành đều sợ hãi xin hàng. Khi hay tin vua Chiêm đã trốn đi, vua Lý Thánh Tông bèn chia quân cho Nguyên soái Lý Thường Kiệt truy kích ngày đêm. Lý Thường Kiệt đem quân đánh xuống Panduranga, bao vây thành trì nhưng tạm thời chưa hạ nổi. Vua Lý Thánh Tông ở thành Phật Thệ chờ tin của Lý Thường Kiệt, sợ quân đi lâu ngày trong nước có biến loạn nên dẫn quân về nước, chỉ để lại một lực lượng chiếm đóng và giữ liên lạc với cánh quân phía nam. Khi vua về đến châu Cư Liên nghe ngóng dân tình, biết được Ỷ Lan Nguyên phi trị quốc tài giỏi, trong cõi được yên vui. Vua bèn nói với tả hữu rằng : “Nguyên phi là đàn bà còn làm được như thế, ta là nam nhi lại chẳng được việc gì hay sao ?”. Nói xong vua lệnh cho toàn quân quay lại tiếp tục việc truy kích vua Chế Củ. Bấy giờ nhuệ khí quân Đại Việt dâng cao, một trận hạ thành Panduranga. Vua Chế Củ tiếp tục chạy về phương nam, đến tận biên giới Chân Lạp thì không còn đường chạy nữa (vì Chân Lạp cũng đang thù địch với Chiêm Thành). Lý Thường Kiệt dẫn quân truy kích bắt sống được vua Chiêm vào tháng 4/1069. Cuộc chiến kết thúc với thắng lợi hoàn toàn thuộc về Đại Việt.
Vua Chế Củ (Rudravarman III) nuôi chí báo thù nhưng thất bại, rốt cuộc lại trở thành tù binh của Đại Việt. Lần bại trận này đem lại hậu quả nặng nề cho Chiêm Thành không kém những lần bại trận trước đó. Vua Lý Thánh Tông khi thắng trận đã cho đốt trụi nhà cửa ở kinh thành Phật Thệ với hơn 2660 căn. Cùng với vua Chế Củ, có đến khoảng 5 vạn quân dân người Chiêm bị bắt làm tù binh. Nhiều người trong số đó bị đem về Đại Việt làm nô lệ.
Mùa thu năm 1069, đoàn quân của vua Lý Thánh Tông ca khúc khải hoàn về đến kinh thành Thăng Long, dâng tù binh ở Thái miếu. Vua Chế Củ lúc này đã ở thế cùng quẫn, phải xin dâng đất ba châu Địa Lý, Ma Linh, Bố Chính để chuộc mạng. Lãnh thổ Đại Việt từ đây mở rộng về nam đến vùng mà ngày nay là bắc Quảng Trị. Đối với Chiêm Thành, sự mất mát về lãnh thổ chưa phải là điểm dừng. Nước cờ của vua Lý Thánh Tông là thả vua Chế Củ về nước sau khi đã làm mất hết uy tín của vị vua này. Sau khi vua Chiêm Thành trở về và việc dâng đất chuộc mạng lan truyền ra, quân dân trong nước đã không còn phục tùng vị vua của mình nữa. Khắp nơi trong nước, các tiểu vương khởi binh chống lại nhà vua bấy giờ đã bị coi là kẻ phản bội. Chiêm Thành sau cuộc chiến bại với muôn vàn mất mát lại rơi vào vòng loạn lạc vì cuộc tranh quyền đoạt vị giữ các thế lực quý tộc.
