立即攻打城池，宋太宗赵光义派人进城，面见刘继元，劝他归降，承诺“若归宋，必保全北汉宗室、大臣与百姓，不失富贵，晋阳百姓可免受战火荼毒”。刘继元见状，心中动摇，可他想起祖父刘崇的誓言、叔父刘承钧的坚守，想起手中的玄铁汉祚印，想起“后汉正统”的名分，又迟迟不肯投降，他派人回复宋太宗，“愿死守晋阳，不负先祖，不负汉祚”，同时，再次派人前往契丹，请求紧急援助。

    野史中流传“铁印拒主”的奇事：刘继元犹豫不决时，独自一人来到大殿，手持玄铁汉祚印，祭拜先祖，祈求先祖指引。他抚摸着印身上的裂痕，痛哭流涕，诉说着自己的无奈与惶恐，祈求玄铁汉祚印能再次“显灵”，助北汉化解危机。可无论他如何祈求，手中的铁印依旧冰凉刺骨，印面“大汉正统”四字愈发模糊，甚至有细小的铁屑脱落，仿佛在拒绝这位末主，仿佛在承认北汉的灭亡已是天命难违。刘继元见状，心中彻底陷入绝望，却依旧不肯放弃，下令死守晋阳，与北宋大军决一死战。

    晋阳之战，惨烈无比。刘继元下令紧闭城门，派士兵登上城墙，死守城池，晋阳百姓也纷纷拿起武器，协助士兵守城——他们并非愿意为刘继元效死，而是不愿看到晋阳被战火荼毒，不愿离开自己的故土。北宋大军轮番攻城，用云梯、火炮攻打晋阳城墙，晋阳城墙虽坚固，却也抵挡不住北宋大军的猛攻，城墙多处破损，士兵死伤惨重，粮草也日渐短缺，晋阳城内，渐渐陷入绝境。

    此时，契丹援军试图突破石岭关，支援晋阳，却被北宋大将郭进率军击败，全军覆没，契丹再也无力援助北汉，刘继元最后的希望，彻底破灭。晋阳城内，士兵厌战情绪日益高涨，有大臣劝刘继元“死守无益，不如归降，保全百姓与宗室”，可刘继元依旧犹豫不决，甚至下令诛杀劝谏归降的大臣，试图以铁血手段稳住军心，可此时的北汉，早已人心涣散，再也无法凝聚起抵抗的力量。

    野史记载，晋阳之战后期，晋阳城内粮草耗尽，百姓们只能以草根、树皮为食，饿殍遍野，哭声震天，士兵们也因连日征战、粮草短缺，纷纷逃散。刘继元站在城楼上，望着城外密密麻麻的北宋大军，望着城内流离失所的百姓，望着手中冰凉的玄铁汉祚印，心中的坚守终于崩塌——他知道，自己再顽抗下去，只会让更多的百姓遭受战火荼毒，只会让北汉宗室彻底覆灭，祖父刘崇留下的“汉祚”，终究无法延续，手中的玄铁汉祚印，也终究无法护得住晋阳。

    太平兴国四年五月，刘继元身着素衣，手持玄铁汉祚印与北汉的版图、印信，打开晋阳城门，亲自前往北宋大军的营帐，向宋太宗赵光义投降，正式归顺北宋，将北汉的十州之地、四十县、三万五千百姓，尽数献给北宋。北汉自刘崇建国以来，历经四主，存续二十九年，至此正式灭亡，五代十国时期的割据局面，也随之画上句号。

    投降那日，晋阳城内没有唾骂，没有反抗，只有一片悲凉的寂静，百姓们纷纷涌上街头，跪拜在地，感谢宋太宗赵光义“不屠城”的恩德，也为北汉的灭亡而哀悼。刘继元将玄铁汉祚印献给宋太宗时，双手颤抖，泪水滴落在铁印上，冰凉的铁印没有任何回应，印身的裂痕再次加深，仿佛在为北汉的灭亡，画上一个悲凉的句号。宋太宗见这方铁印古朴厚重，见证了北汉的兴衰，便将其妥善收好，带回北宋都城开封，供奉于太庙之中，作为北汉归宋的信物。

    刘继元降宋后，被押往开封，宋太宗赵光义见他识时务、肯归降，且并未大肆残害百姓，心中十分宽容，并未处死他，反而封他为“彭城郡公”，赐给他大量的金银珠宝、田宅奴仆，让他在开封居住，享受富贵，形同软禁，却也得以保全性命与北汉宗室的安全。

    野史中记载了刘继元降宋后的诸多轶事：他在开封居住期间，始终保持着隐忍多疑的性子，从不参与朝堂争斗，也从不提及北汉的往事，终日闭门不出，饮酒读书，偶尔会抚摸着从北汉带来的一些旧物，思念晋阳的故土与百姓，眼中满是怀念与愧疚。他也曾见过宋太宗供奉在太庙中的玄铁汉祚印，当他看到这方陪伴了北汉四代君主、见证了北汉兴衰的铁印，被当作一件展品，供奉在北宋的太庙之中时，忍不住痛哭流涕，既为北汉的灭亡而悲伤，也为自己未能守住先祖基业而愧疚。

    与祖父刘崇的刚烈执念不同，刘继元的一生，充满了挣扎与无奈。他并非昏君、暴君，继位后也曾试图整顿朝纲、保全北汉，可他生不逢时，接手的是一个积重难返的烂摊子，面对的是北宋的绝对实力与契丹的敷衍冷漠，他没有刘崇的雄才大略，没有刘承钧的坚守，只能在绝境中挣扎，最终选择归降，以最体面的方式，保全了晋阳百姓与北汉宗室。

    野史中还流传着许多关于刘继元的民间传说：有人说，刘继元的归降，是明智之举，他以放弃王位、放弃北汉基业为代价，拯救了晋阳百姓，避免了晋阳被战火屠城，这份仁心，值得肯定；有人说，刘继元性情懦弱，缺乏先祖的刚烈，若他能像刘崇那样