Hiện nay, sơ bộ thống kê đã thấy có khoảng 30 dị bản bài thơ Nam quốc sơn hà nằm trong các văn bản Hán Nôm chép tay hoặc khắc gỗ. Cụ thể là 8 bản Việt điện u linh, 10 bản Lĩnh Nam chích quái:[12], Thần phả đền cửa sông Ngũ Huyện (Quả Cảm, Hoà Long, Yên Phong, Bắc Ninh), Biển khắc bài thơ Nam quốc sơn hà ở Phù Khê Đông (Tiên Sơn, Bắc Ninh), Trương tôn thần sự tích, Thiên Nam vân lục liệt truyện, Dư địa chí, Đại Nam nhất thống chí; Bằng trình thản bộ.[13]

Trong chiến tranh Tống–Việt lần thứ nhất

Theo sách Lĩnh Nam chích quái:[14]

Năm Thiên Phúc nguyên niên hiệu vua Lê Đại Hành; Tống Thái Tổ sai Hầu Nhân Bảo, Tôn Toàn Hưng cất quân xâm lược nước Nam. Hai bên đối lũy cùng cầm cự với nhau ở sông Đồ Lỗ. Vua Lê Đại Hành mộng thấy hai anh thần nhân ở trên sông vái mà nói rằng họ là Trương Hống, Trương Hát xưa theo Triệu Việt Vương; nay xin cùng nhà vua đánh giặc để cứu sinh linh. Vua Lê Đại Hành tỉnh dậy liền đốt hương khấn cầu thần giúp. Đêm ấy thấy một người dẫn đoàn âm binh áo trắng và một người dẫn đoàn âm binh áo đỏ từ phía Bắc sông Như Nguyệt mà lại cùng xông vào trại quân Tống mà đánh. Quân Tống kinh hoàng, thần nhân tàng hình trên không, lớn tiếng ngâm rằng:

Quân Tống nghe thấy, xéo đạp lên nhau chạy tan, đại bại mà về. Vua Lê Đại Hành trở về ăn mừng, truy phong cho hai vị thần nhân, một là Tinh Mẫn Đại Vương lập miếu thờ tại ngã ba sông Long Nhãn, hai là Khước Mẫn Đại vương lập miếu ở ngã ba sông Như Nguyệt.

Đa số các nhà nghiên cứu thống nhất đề tên khuyết danh tác giả bài thơ. Riêng Lê Mạnh Thát trong bài "Pháp Thuận và bài thơ thần nước Nam sông núi" cho rằng tác giả bài thơ là Đỗ Pháp Thuận.

Các nhà nghiên cứu gần đây thống nhất quan điểm Nam quốc sơn hà là bài thơ xuất hiện dưới thời Lê Đại Hành.[lower-alpha 1][15][16]

Trong chiến tranh Tống–Việt lần thứ hai

Theo sách Đại Việt sử ký toàn thư

Năm 1076, Quách Quỳ, Triệu Tiết đem quân 9 tướng, hợp với Chiêm Thành, Chân Lạp tấn công Đại Việt. Hai bên giao tranh ở sông Như Nguyệt, một đêm quân sĩ chợt nghe trong đền Trương tướng quân[17] có tiếng đọc to rằng:

Sau này đúng như lời thơ, Lý Thường Kiệt đánh bại quân Tống.[18][19]

Theo sách Việt điện u linh – Chuyện Trương Hống và Trương Hát

Thời Nam Tấn Vương nhà Ngô đi đánh dẹp Lý Huy ở Long Châu, đóng quân ở cửa Phù Lan, đêm ngủ mộng thấy hai người kỳ vĩ, diện mạo khôi ngô đến ra mắt nhà vua và xin trợ chiến. Nhà vua hỏi danh tính, họ trả lời rằng họ là anh em vốn người Phù Lan, làm tướng của Triệu Việt Vương, Việt Vương bị Lý Nam Đế (Hậu Lý Nam Đế) đánh bại. Nam Đế làm lễ trọng ý muốn cho họ làm quan; hai anh em chối từ, trốn vào núi Phù Long, Nam Đế nhiều lần cho người truy nã không được, mới treo ngàn vàng cầu người bắt. Hai anh em đều uống thuộc độc mà chết. Thượng đế thương họ vô tội cho làm Than Hà Long Quân Phó Sứ, tuần hai sông Vũ Bình và Lạng Giang đến tận trên nguồn, hiệu là Thần Giang Phó Đô Sứ. Trước kia đã giúp vua Ngô Quyền trong chiến dịch Bạch Đằng.

Nam Tấn Vương tỉnh dậy mới đem tế và khấn thần phò trợ. Sau đó Nam Tấn Vương thắng trận, bình xong quân Tây Long vua sai sứ chia chỗ lập đền thờ, đều phong làm Phúc Thần một phương, chiếu phong anh là Đại Đương Giang Đô Hộ Quốc Thần Vương, lập đền ở cửa sông Như Nguyệt. Còn em là Tiểu Đương Giang Đô Hộ Quốc Thần Vương, lập đền ở cửa sông Nam Bình.

Thời vua Nhân Tông nhà Lý, binh Tống nam xâm kéo đến biên cảnh; vua sai Thái úy Lý Thường Kiệt dựa bờ sông đóng cừ để cố thủ. Một đêm kia quân sĩ nghe trong đền có tiếng ngâm to rằng:

Quả nhiên quân Tống chưa đánh đã tan rã. Thần mộng rõ ràng, mảy lông sợi tóc chẳng sai.[20]

Theo Bửu Diên Nguyễn-Phúc, Thị Hoàng Anh Phạm (2003)

Năm 1076, hơn 30 vạn quân nhà Tống (Trung Quốc) do Quách Quỳ chỉ huy xâm lược Đại Việt (tên nước Việt Nam thời đó). Lý Thường Kiệt lập phòng tuyến tại sông Như Nguyệt (sông Cầu) để chặn địch. Quân của Quách Quỳ đánh đến sông Như Nguyệt thì bị chặn.[21] Nhiều trận quyết chiến ác liệt đã xảy ra tại đây nhưng quân Tống không sao vượt được phòng tuyến Như Nguyệt, đành đóng trại chờ viện binh. Đang đêm, Lý Thường Kiệt cho người vào đền thờ Trương Hống, Trương Hát ở phía nam bờ sông Như Nguyệt, giả làm thần đọc vang bài thơ trên.[22] Nhờ thế tinh thần binh sĩ lên rất cao. Lý Thường Kiệt liền cho quân vượt sông, tổ chức một trận quyết chiến, đánh thẳng vào trại giặc. Phần vì bất ngờ, phần vì sĩ khí quân Đại Việt đang lên, quân Tống chống đỡ yếu ớt, số bị chết, bị thương đã hơn quá nửa. Lý Thường Kiệt liền cho người sang nghị hòa, mở đường cho quân Tống rút quân về nước, giữ vững bờ cõi nước Đại Việt.