Lễ hội được tiến hành hai đợt vào tháng Hai và tháng Bẩy. Lễ rước Mẫu Đền Thượng, bắt nguồn từ truyền thuyết về các Thánh Mẫu vốn là công chúa du ngoạn sông Lô mà hiển hóa về trời. Đền Hạ thờ chung, Đền Ỷ La thờ chị và đền Thượng thờ em.  Hàng năm, họ gặp nhau hai lần và cùng cáo lên trời. Khi rước bài vị Mẫu từ đền Thượng và đền Ỷ La về đền Hạ vào ngày 12-2 là một sự gặp gỡ gia đình. Trước ngày lễ trọng, cả ba đền Thượng, Hạ, Ỷ La phải sắm lễ chay, lễ mặn và làm lễ mộc dục bài vị, kiệu (tắm sạch trước khi hành lễ), chuẩn bị kiệu rước (kiệu bát cống và kiệu võng); các đồ cờ, quạt, bát biểu; thủ từ chuẩn bị giá văn, bảng văn quán tẩy cho chủ tế.

Tối ngày 11 tháng 2 khi mọi việc chuẩn bị chu tất, chủ tế xin âm dương để xin phép được rước Mẫu đi. Khi kiệu đền Thượng và đền Ỷ La gặp nhau ở cổng đền Hạ, hai bên cúi chào nhau, rồi cùng tiến vào đền. Chủ tế ở đền Hạ ra nghênh đón. Theo thứ tự kiệu bà chị (đền Ỷ La) vào trước rồi đến bà em (đền Thượng). Lễ hợp tế diễn ra trong đêm 12. Sau đó là các trò chơi dân gian: Cờ vua, đu quay, múa lân, sư tử, hát xướng, thả đèn trời.

Sự linh thiêng của Đền Mẫu Thượng

Trong sử sách còn ghi lại: Trước cuộc đánh dẹp khởi nghĩa của Nùng Văn Vân, Tổng đốc Lê Văn Đức đã làm lễ cầu đảo ở đền Thượng và đền Hạ. Chính thế, sau khi dẹp loạn xong, nhà vua ban cấp sắc phong cho hai ngôi đền và dùng những mỹ từ cao quý nhất phong tặng cho các nương thần.