同年三月，寿州唐军守军弹尽粮绝，他们向周军投降，随后柴荣从下蔡返回京城。
同年十一月，柴荣亲率诸军第三次征南唐，攻占濠州（今安徽凤阳西北），大败唐军于涡口，后周军一鼓作气，向东横扫沿淮城栅，所向披靡。
同年十二月，泗州（今安徽泗县东南）守将举城投降后周军，柴荣亲率水陆大军东下，得唐军舰船三百余艘，加之周军数百艘舰船，水陆俱奔，所向皆捷，连降濠州、涟水、亳州等南唐之地。
显德五年（958年）正月，柴荣亲自率军攻克楚州（今江苏淮安）。
同年二月，后周军再破扬州，继续扩大战果。
同年三月，柴荣领军前往泰州、广陵、迎銮江口，大败唐军。
南唐元宗李璟遣使求和，进献贡品，被迫献上四州之地，画江为界，每年进献贡物十万，以求罢兵。
至此，淮南之战结束。
柴荣悉平江北的淮南之地，得州十四、县六十；李璟去帝号，只称“江南国主”。
同年四月，柴荣从扬州返回京城。
柴荣三次南征，不但使南唐俯首就范，而且震慑了南方各割据势力，为之后的北伐扫除了后顾之忧。
显德六年（959年）四月，柴荣亲率诸军北伐辽国，取道沧州（今属河北）北上，率步骑数万直入辽境。
后周军到达宁州时，辽宁州刺史王洪以城降后周。
之后，柴荣领兵水陆俱下，至益津关（位于今河北霸州境内），守将终廷晖举城投降。
后周军到达瓦桥关（今河北雄县城西南），守将姚内斌以城降，辽莫州（今河北任丘北）刺史刘楚信举州投降。
同年五月，瀛州（今河北河间）刺史高彦晖以本城归顺。义武节度使孙行友攻克易州（今河北易县），擒获辽易州刺史李在钦。
同年同月，以瓦桥关设置雄州（今河北雄县即瓦桥关）、益津关设置霸州。后周军先锋都指挥使张藏英在瓦桥关北破辽骑兵数百人，攻下固安县。
这次出师，仅四十二天，兵不血刃，连收三关三州，共十七县。
同年五月丙午日，柴荣大会诸将，准备乘胜夺取幽州（今北京市），诸将均认为不可，柴荣不听。
夜间，柴荣突患疾病，后周军只得从雄州回师京城。
显德六年（959年）六月，后周昭义节度使李筠攻克北汉辽州，擒获其刺史张丕旦。
同年同月，柴荣回到汴京开封，柴荣回朝后，他马上解除张永德殿前都点检职务，命赵匡胤接任这个职位，并封长子柴宗训为梁王，准备让柴宗训继承帝位。
同年六月十九日（7月27日），柴荣因病在开封万岁殿驾崩，终年三十九岁，他在位六年。