武德四年（公元６２１年），李世民挑选一千多精锐骑兵，全部着黑衣黑甲，分为左右队，分别由秦叔宝、程知节、尉迟敬德、翟长孙统领。
每次作战，李世民都亲自披上黑甲率领他们作为先锋，乘机进击，所向披靡，令敌人畏惧。
行台仆射屈突通、赞皇公窦轨带兵巡行营屯，突然与王世充遭遇，交战失利，秦王李世民带领黑甲队救援，王世充大败，唐军俘获王世充的骑将葛彦璋，俘虏歼灭了六千多敌人。
王世充逃跑回城。
王世充的太子王玄应率领几千人，从虎牢运粮到洛阳，李世民派遣将军李君羡截击，大败王玄应的运粮军，王玄应只身逃脱。
李世民派宇文士及回朝上奏请求进军包围东都洛阳，李渊对宇文士及说：
辛丑（十三日），李世民将军营转移到青城宫，尚未修好壁垒，王世充就率二万兵马从方诸门而出，凭借旧马坊的墙垣沟堑，靠近水抵御唐军，唐诸将全都惊慌。
李世民让精骑在北邙山列阵，自己登上北魏宣武帝陵观察郑军，对身边的人说：待到起烟，李世民带领骑兵向南冲击，身先士卒，与屈突通汇合兵力奋力战斗。
李世民想了解王世充军阵兵力分布情况，率几十精锐骑兵冲入敌阵，一直冲到敌阵背后，不可阻挡，杀伤很多敌人。
不久因长堤所限，李世民和众骑兵走散唯有将军丘行恭跟随着李世民，几名王世充的骑兵追上来，李世民的坐骑中箭倒毙。
丘行恭调转马头向回骑，射击追赶的郑兵，箭无虚发，追兵不敢向前。
于是丘行恭下马将自己的坐骑让给李世民，自己在马前步行，手执长刀跳跃大喊斩杀几人，冲出王世充军阵，得以回归唐军大部队。
王世充也率领部下殊死战斗，军队几次三番打散后重又集合起来，从上午七八点钟直到中午，王世充的军队才退军。
李世民挥军追击，直到城下，俘虏歼灭了七千人，于是包围了洛阳。
唐骠骑将军段志玄奋力与王世充的士卒交战，深入敌阵，坐骑倒下，段志玄被王世充的士兵俘获，两名骑兵夹着他并抓住他的发髻，准备过河，段志玄奋勇跳起，那两名骑兵都掉下马来，段志玄骑上马奔回唐军，后面有几百名骑兵追赶，但不敢靠近。
包围洛阳
李世民包围了洛阳宫城。
城中王世充的防御十分严密，大炮可以射五十斤重的石头，投出二百步远，有八个弓的弩，箭杆像车辐，箭镞如同臣斧，可以射五百步远。
李世民四面攻城，昼夜不停，十几天未能攻克。
城中先后有十三个人想以城倒戈应唐，均没有来得及发动就被杀死。
唐军将士都疲惫不堪想回关中，总管刘弘基等人请求班师回朝，李世民说：于是下令全军：众人才不敢再提班师一事。
李渊听说后，也下密敕让李世民还军，李世民上表说明洛阳必定可以攻克，又派参谋军事封德彝回朝面陈军前形势。
封德彝对李渊说：李世民说：又说：离窦建德营地三里处，李世民等与窦建德的游兵相遇，游兵以为他们是侦察敌情的斥候。
李世民大喊：拉弓射箭，射死对方一员将领。
窦建德军中大为惊慌，出动五六千骑兵追赶，跟随李世民的人都吓得变了脸色。
李世民说：于是勒住缰绳慢慢走，追兵快赶上了就拉弓放箭，每射一箭都杀死一人。
追兵惧怕便停止了追击，停一会儿又重新追赶，几次三番，每次追赶上必定有人被杀死，李世民先后射杀了几个人，尉迟敬德杀死十几人，追兵不敢再进逼。
李世民有意徘徊或稍稍后退引诱追兵到埋伏圈内，李世等人就奋力战斗，大败追兵，斩首三百多级，俘获窦建德的将领殷秋、石瓒返回虎牢。
于是李世民致函窦建德，说明：
四月，唐益州行台左仆射窦轨率领巴、蜀兵马前来与李世民会师攻打王世充。
双方拉锯
窦建德在虎牢受阻不能前进，停留了一个多月，打了几仗都未能取胜，将士们人心思归。
丁巳（三十日），李世民派王君廓率领一千多轻骑抢夺窦建德的运粮队，再次打败了他，并俘获窦建德的大将军张青特。
凌敬对窦建德说：窦建德准备按照凌敬的建议行事，但是王世充连续不断地派人来告急，王琬、长孙安世也日夜哭泣，请求窦建德援救洛阳，又暗地里用金玉收买窦建德手下的将领，阻挠凌敬的计画。
诸将都说：于是窦建德向凌敬道歉说：凌敬再三争辩，窦建德不高兴，命人把他架了出去。
窦建德的妻子曹氏对他说：
唐军密探报告：
五月戊午（初一），李世民向北渡过黄河，从南面逼进广武，侦察敌情，乘机留下一千多匹马，在黄河边放牧以引诱窦建德，当晚返回武牢。
己未（初二），窦建德果然倾巢而出，从板渚出牛口列战阵，北靠黄河，西临汜水，南连鹊山，连绵二十里，擂鼓前进。
唐军诸将都十分惊慌，李世民带几名骑兵登上高丘望敌阵，对诸将说：李世民派王君廓带领二百名长枪手应战，相互交锋，骤进骤退，双方不分胜负，各自返回营地。
王琬骑着隋炀帝的青骢马，铠甲兵器都很新，远离阵前向众人夸耀。
李世民说：尉迟敬德不听，和高甑生、梁建方三人骑马直冲入敌阵，活捉了王琬，牵着他的坐骑奔回唐营，众人没有敢阻挡的。
李世民让他去召回黄河以北的牧马，等他返回才出战。
生擒建德
窦建德排列战阵，从早晨到中午，士卒们饥饿疲惫，都坐了下来，又争着喝水，迟疑着想撤退。
李世民命令宇文士及带三百骑兵经过窦建德军阵西边向南奔驰，告诫他：宇文士及到窦建德阵前，敌阵果然动了，李世民说：杨武威下马捉住窦建德，用备用马匹驮着窦建德，来见李世民。
李世民斥责窦建德道：窦建德的将士都逃走了，唐军俘虏了五万人，李世民当天就遣散了俘虏，让他们返回家乡。
迫降世充
王世充的将领王德仁放弃旧洛阳城逃跑，副将赵季卿以城降唐。
李世民押解着窦建德、王琬、长孙安世、郭士衡等人到洛阳城下，给王世充看。
王世充流着泪和窦建德接话，于是李世民让长孙安世等人进城叙说失败的情况。
王世充召集诸将商议突围，准备南奔襄阳，众将领都说：丙寅（初九），王世充身穿白衣带领郑国的太子、百官及二千多人到军营门前投降。
李世民按礼节接受他们投降，王世充俯下身汗流浃背。
李世民说道：王世充叩头谢罪。
于是李世民分派出一部分人，先进入洛阳，分别把守市场商店，禁止骚扰抢掠，没有一人敢违犯禁令。
丁卯（初十），李世民进入洛阳宫城，命令记室房玄龄先进入中书省和门下省，收集隋朝的地图户籍、制文诏书，但已经都被王世充销毁，没有找到什么。
又命令萧瑀、窦轨等人封存了隋的仓库，没收金钱布帛，颁赐给将士们。
拘押了罪行特别大的十几名王世充的同党，有段达、王垄崔洪丹、薛德音、杨汪、孟孝义、单雄信、杨公卿、郭什柱、郭士衡、董睿、张童儿、王德仁、朱粲、郭善才等，在洛水岸边斩首。
当初，李世与单雄信很要好，发誓同生共死。
等到唐平定了洛阳，李世说单雄信骁健无比，请求用自己所有的官爵来赎单雄信，李世民不准。
李世再三请求仍不得，痛哭着退下。
单雄信对他说：李世说：于是割下一块大腿肉，让单雄信吃下，说道：「让这块肉随兄长化为尘土，也许可以不负当年的誓言吧９老百姓痛恨朱粲的残忍，争相用瓦块砖头砸他的尸体，不一会儿堆成了一座小山。
李世民拘押了韦节、杨续、长孙安世等十几个人送往长安。
老百姓没有罪而被王世充关押起来的，一律释放；被杀死的，作诔文加以祭奠。
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