为解洛阳之围，义宁元年五月，隋炀帝命监门将军庞玉等将关内兵援救东都。柴孝和说李密曰：关中阻山带河，地势险要，西楚背之而亡，汉高祖建都于此以成霸业，又是杨隋西京，若亲率精锐袭取长安，业固兵强，然后东向平定河洛，传檄而定天下。李密虽说这“诚为上策”，他也考虑很久了，却又说义军都是山东人，见洛阳未下，不肯随他西行，留下的诸将，必然“各竞雌雄，若然者，殆将败矣”，没有采纳这个富有远见的谋略，仅命柴孝和率数十骑西行试探，瓦岗军主力仍继续围攻洛阳。所谓义军不肯西行乃是藉口，实际上是李密本人“顾恋仓粟，未遑远略”，一心想入东都称帝。越王侗使段达等与李密战于回洛仓西北，李密大败，死伤甚众，弃回洛仓遁回洛口。六月，李密帅众又与隋军大战于平乐园，复取回洛仓。七月，隋炀帝复命江都通守王世充“率劲卒五万”，将军王隆帅邛黄蛮，河北大使韦霁、河南大使王辩等各率所部共同驰援洛阳。九月，河南、山东大水，灾民“死者日数万人”，饿殍满野。徐世乘机对李密说：“天下大乱，本是为饥，今若得黎阳一仓，大事济矣”。李密遂命徐世率兵五千自原武（今河南原阳西南）渡过黄河，会同郝孝德、李文相、张升和赵君德等部义军，共同袭取黎阳仓（在今河南浚县西南），“开仓恣食，一旬之间，胜兵二十万余”。武安、永安、义阳、弋阳和齐郡相继降于李密。窦建德、朱粲等部义军，亦遣使归附瓦岗军，李密以朱粲为扬州总管、邓公。
同年十月，王世充率各路隋军十余万击李密于洛口。二十五日王世充夜渡洛水，扎营黑石（今河南巩县西南）。翌日，两军在洛水北岸会战。王世充军戈矛多，利于险隘。李密军长枪马骑占优势，宜平原作战。而会战之地，北限大山，南临洛水，地势褊促，骑兵难以驰骋。王世充则充分利用有利地形，扬其所长，纵兵猛击李密，瓦岗军迎战失利，大将柴孝和溺死于洛水。可是当王世充围攻月城（今河南巩县西北）时，李密出奇兵偷袭王世充黑石大本营，惊恐万分的守军“连举六（次）烽（火）”告急，王世充狼狈撤围，狂奔四十余里回救，被瓦岗军击败，大丧师徒。十一月初，李密与王世充夹石子河再战，瓦岗军先败后胜，王世充惨败西逃。十二月，王世充芻粮将竭，夜袭仓城，中瓦岗军埋伏大败，“斩其骁将费青奴，士卒战溺死者千余人”。
武德元年（公元618年）正月，王世充在补充七万兵力后，营于洛北，令诸军临岸布兵，各架浮桥，准备大举进攻瓦岗军。由于桥成有先后，先成者即渡，缺乏统一指挥，混乱不堪，虎贲郎将王辩击破李密外栅，营中惊扰将溃，王世充不知，鸣角收兵，李密帅敢死士乘势出击，隋军大败，“士（卒）争桥，溺死者数万，洛水为之不流”，大将王辩等被杀，洛北诸军皆溃。是夜疾风寒雨，冻死者数以万计，王世充率残部数千人逃至河阳（今河南孟县），不敢还京都，自系于狱请罪。越王侗遣使慰抚，赐以金帛、美女，召还。此后，王世充龟缩于洛阳北的含嘉仓城，不敢出战。
李密则乘锐攻占偃师，修金墉城（今河南洛阳东），有众三十万，征鼓之声，闻于东都。瓦岗军阵于北邙山，南逼东都上春门，继续围攻，隋金紫光禄大夫段达、民部尚书东都留守韦津出兵拒战。段达见瓦岗军势盛，惧而先退入城，李密顺势追击，隋军大溃，韦津死于阵。于是隋将作大匠宇文恺子儒童，河南留守职方郎柳续，河阳独孤武郎，河内郡丞柳燮等投降瓦岗军。“东至海、岱，南至江、淮郡县，莫不遣使归（李）密”。窦建德、朱粲、杨士林、周法明、卢祖尚、孟海公、徐圆朗等，均遣使通表，劝李密建尊号，李密属官裴仁基等，也上表请其正位号。这时瓦岗军已成为中原地区最强大的一股政治势力，它是瓦岗军最兴盛的时期。
李密，字法主（或云玄邃），本辽东襄平（或云陇西成纪）人，后徙家长安。出身贵族名将世家，开皇年间袭爵蒲山公。大业初为隋炀帝左亲卫府大都督，东宫千牛备身。李密“多筹算，才兼文武，志气雄远，常以济物为己任”；礼贤下士，散家资养客，深得权臣杨素器重，与其子杨玄感为“刎颈交”。因遭炀帝猜忌，称病失意于家。杨玄感起兵时，奉李密为谋主。但谋略未被采纳，不被重用。杨玄感败死后，李密被隋王朝逮捕。在押送高阳途中，以金贿使者而穿墙脱逃，投奔平原义军郝孝德，因其出身、经历，义军对他不大放心，故郝孝德“不甚礼之”。李密又见王薄，“亦不之奇也”，当时正值饥荒，李密落魄，至削树皮而食，亡匿淮阳村舍，变姓名为刘智远，聚徒教书。因吟诗哀其遇云：“此夕穷途士，空轸郁陶心，眺听良多感，慷慨泪襟”，为人告发，逃至妹夫雍丘令丘君明处，又为丘君明从子告发，被官府追捕。大业十二年（公元616年）十月，通过王伯当献“指罪诛暴，为天下先，杨氏不足亡”之策，翟让才允许李密进了瓦岗寨。
翟让根据当时斗争形势需要，派李密游说侧近小股义军，联合起来，共同对敌。当时在今河南一带，有外黄（今河南民权西北）王当仁、韦城（今河南长垣北）周文举、雍丘（今河南杞县）李公逸等部义军，李密往采其间，说以取天下之策，“所至皆降”。翟让很高兴，“始尊敬焉，召与计事”。他虽然谢绝了李密提出的席卷二京，诛灭暴虐夺取杨隋天下的建议，却接受了他提出的“不如取荥阳，休兵馆谷，待士逸马肥，乃可与人争利”的策略，取得一系列胜利。李密“形仪眇小、（翟）让弗之忌”。杀张须陁后，翟让准许李密建牙，别统所部，号“蒲山公营”。破刘长恭后，李密被翟让推为瓦岗军最高首领。
出身大贵族的李密，是个有政治野心的人。尽管他起初投奔瓦岗军，完全是为了找个人出路。他为翟让出谋划策，在巩固和壮大瓦岗军的斗争中，起过积极作用。但是随着瓦岗军的迅速发展，不断获得翟让信任，尤其是逐步掌握了这支义军的大权后，李密的私人打算遂日益暴露出来。为了保住个人独揽大权，他挑选“勇士尤异者”八千人为“内军”，使骁将秦叔宝、程咬金（二人原为张须旧将，曾残酷镇压过农民起义军）等统领，作为私人武装，常说：“此八千人可当百万”。重用贵族豪强地主和隋朝降官降将房彦藻、郑、祖君彦、时德、常何等，并“厚抚初附之兵”。
李密的这些作为，引起了翟让等瓦岗军老将士的疑忌、不满和反对。大业十二年十月，翟让部下与李密之兵发生磨擦，翟让对李密说：“今资粮粗足，意欲还向瓦岗，公若不往，唯公所适，让从此别矣。遂帅辎重东行，李密亦引兵西进。后翟让虽“寻悔，复引兵从密，但彼此之间已貌合神离。义宁元年九月，瓦岗军捉住奉隋炀帝诏令“安集、洛，追兵击（李密）”的摄江都郡丞冯慈明，李密待以客礼，慰其劳苦，温言相劝，反被冯慈明斥为“不义之言”。李密虽不高兴，犹盼其回心转意而“厚加礼焉”。后知其“潜使人奉表江都，及致书东都留守，论贼形势”，仍然“义而释之”后，冯慈明被翟让乱砍而死。翟让旧部司马王儒信劝翟让为大冢宰，“总秉众务，收（李）密权”。翟让之兄翟宽也不满其大权旁落，说：“天子止可自作，安得与人，汝若不能作，我当为之”。翟让“但大笑，不以为意”。而李密却“闻而恶之”，遂与心腹房彦藻、郑等策划谋害翟让的阴谋。义宁元年十一月，在击退王世充进攻后的宴会上，李密先将翟让左右侍卫引出，然后拿出良弓让翟让赏玩，“让引满将发，（李）密遣壮士蔡建自后斩之”，翟让兄、侄、司徒府长史摩侯和王儒信等同时遇难。李密虽亲为受重伤的徐世上药，抚慰欲散的翟让麾下，命徐世等分领其众，但李密的“将佐始有自疑之心矣”。
起初，尽管李密为翟让所推，恐其图己，故比较谨慎，“恭俭自励，布衣蔬食，所居之室积书而已，子女珍玩，一无所取，赈贷贫乏，敬礼宾客，故河、汴间绝粮之士，多往依之”。而谋杀翟让后，李密以兵强粮足，炀帝远在江都，“颇自骄矜，不恤士众；仓粟虽多，无府库钱帛，战士有功，无以为赏”。又蓄“美人珍宝”。李密复排斥异己，如徐世曾在宴会上讥刺李密的短处，他很不高兴，让徐世镇守黎阳，“虽名委任，实亦疏（远）之”。“人皆谓明公（指李密——引者注）弃恩忘本”。这一切，严重破坏了瓦岗军的内部团结，致使组织涣散，士气不振，伏下了失败的祸根。同时，由于瓦岗军内外一些首领对李密的阿谀奉承，李密的政治野心更加膨胀，自恃兵强，妄自尊大，以“四海英雄共推盟主”自翊，以“执子婴于咸阳，殪商辛于牧野”在望，根本不把包括李渊父子在内的任何人放在眼里；且“注意东都，无心外略”，打算攻下东都称帝。当时李密虽据洛口仓等大粮仓，却“无防守典当者，又无文券，取之者随意多少；或离仓之后，力不能致，委弃衢路，自仓城至郭门，米厚数寸，为车马所践。群盗来就食者并家属近百万口，无瓮盎，织荆筐淘米，洛水两岸十里之间，望之皆如白沙”。泰山道士徐洪客献书于李密，认为“大众久聚，恐米尽人散、师老厌战，难可成功”，劝其“乘进取之机，因士马之锐，沿流东指，直向江都，执取独夫，号令天下”。由于李密满足于粮食如山，就食者如流的表象，盲目乐观于“东都兵数败微弱，而将相自相屠灭，谓旦夕可平”，并认为只要占领东都，天下就易为己有。因而没有乘当时有利形势，采纳徐洪客提出的南下江都、推翻隋炀帝夺取政权的建议；而是长期顿兵防守严固的坚城之下，与隋王世充军“前后百余战”，贻误了发展机会，又极大的消耗了自己的力量。
义宁二年（公元618年）三月，禁军将领宇文化及等，利用禁军将士思归的不满情绪，在江都策动兵变。缢杀隋炀帝后，立秦王之子杨浩为傀儡，率隋百官及禁军十余万人北上，欲回长安。“来次彭城，所经城邑，多从逆党”。五月，称帝于洛阳的越王侗（即皇泰主），异常恐惧。他采纳了太府卿元文都献的一箭双雕计：以高官厚禄招降李密，“使击（宇文）化及，令两贼自斗，化及既破，而密之兵固亦疲矣”，再“徐承其弊”，消灭瓦岗军。皇泰主命李密先“平化及，然后入朝辅政”。李密不利用敌人内部矛盾，使他们在相互厮杀中被削弱乃至同归于尽，反而认为这是实现自己政治夙愿的天赐良机，“遣使报谢”。皇泰主授其太尉、尚书令、东南道大行台、行军元帅、魏国公，还特意另写一信“以伸厚意”。李密“见使者大悦，北面拜伏，臣礼甚恭”，结果为敌人所用，堕入陷井之中。李密投降隋皇泰主，使瓦岗军丧失了反隋的斗争大方向，涣散了斗志。六月，宇文化及攻占黎阳，并包围镇守黎阳仓的徐世。李密发兵二万援救徐世。李密知宇文化及乏食利速战，故深沟高垒，与徐世烽火相应，以疲其兵，又遏其归路。宇文化及攻打黎阳仓城，徐世于城外掘深沟固守，并穿地道不断出兵袭击宇文化及，焚其攻城战具。宇文化及屡攻不下，复中李密伪与其和、使其粮尽之计。七月初，两军大战于卫州童山（今河南浚县西南）之下，自辰至酉，李密被流矢射伤堕马，闷绝，为秦叔宝所救。宇文化及也“力竭粮尽，众多叛之”，其将陈智略、樊文超、张童儿以及留守滑州（今河南滑县）的刑部尚书王轨等接踵降于李密。宇文化及势穷，率残部掠汲郡后北逃魏县（今河北大名西）。李密认为宇文化及已无所作为，遂留徐世备御，西还巩洛。
李密在与宇文化及作战时，每获胜，必遣使告捷于隋皇泰主。此时则遣记室参军李俭朝东都，献杀炀帝的于弘达。皇泰主召李密入洛阳，师至温县（今河南温县东北）王世充杀元文都等，在洛阳抢先发动了宫廷政变。李密入东都称帝的打算化为泡影。
王世充占据东都后，“厚赐将士，缮治器械，人心渐锐”。九月，王世充欲乘瓦岗军在与宇文化及军作战中“劲卒良马多死、士卒疲病”、又未获必要休整之机，一举消灭它。他恐人心不一，遂诈称周公“显圣”，令其急讨李密，当有大功，否则“只皆疫死”。王世充部下多楚人，信鬼神，皆请战。王世充挑选精锐人马二万余人，屯兵通济渠南，在渠上架桥三座，以便进攻瓦岗军。李密亲帅主力出偃师，北阻邙山迎战。在商议作战方案的诸将会议上，裴仁基说，王世充全军而来，洛阳必定空虚，可分兵防守要道，使其不得东进；再挑选三万精兵，西逼东都，王世充势必还救，我则按甲不动，王世充再出，我又逼之，“如此，则此有余力，彼劳奔命”，必能取胜。李密觉得裴仁基话“大善”，认为王世充军有兵仗精锐、决计深入和粮尽求战三不可当，如果我们乘城固守，使王世充军欲斗不得、求走无路，不过十天，可以稳拿其头。而陈智略、樊文超、单雄信认为，王世充人少，又屡经摧破，全已丧胆，我军已超过敌人近一倍，而新归附的江淮将士也希望立功，可乘锐立即与其决战。“于是诸将喧然，欲战者什七八，（李）密惑于众议而从之”。裴仁基苦争无效。会后魏征再次提出以逸待劳奇策，指出瓦岗军元气未复，王世充“计穷，意欲死战，可谓穷寇难与争锋”，但也被人讥为老生常谈。