刘武周已击破裴寂援军，再逼太原。齐王元吉于是月十六日，留刘德威以老弱守城。自率诸军及妻妾夜走，奔还长安。武周遂陷太原。三十日梁师都复攻延州，段德操再破走之，梁礼战死。同时宋金刚亦挥兵南下，攻晋州，至十月十七日陷之，刘宏基被俘。金刚复乘胜逼绛州（今新绛县）陷龙门。时王行本犹据河东与金刚相应，关中震动，独孤怀恩亦阴谋叛逆，形势至为危殆。二十日高祖渊乃自帅诸军屯蒲州，为诸军声援，然后还长安。俄而金刚攻浍州（治今山西翼城县）陷之，军势甚锐。是时裴寂乃采坚壁清野之策，令虞、泰二州（治今安邑荣河二县）居民入城堡，焚其积聚，民因惊扰愁怨，皆思为盗。夏县民吕崇茂聚众杀县令自称魏王，以应金刚。寂讨之，反为所败。高祖渊更遣独孤怀恩、于筠、唐俭等将兵进救河东危局，并拟弃河东而守大河以西。秦王世民上表曰：“太原王业所基，国之根本。河东富宝，京邑所资。愿假臣精兵三万必平殄武周。”高祖乃悉发关中兵以益秦王，使之拒击。十一月十四日，刘武周亲帅各军攻浩州，以期攻克此据点。同月，秦王世民引兵自龙门渡河，屯于柏壁，自永丰仓运粮储粮，与宋金刚相持。
秦王世民屯柏壁与宋金刚相持时，河东州县久遭劫掠，仓储皆尽，故军中乏食，秦王乃督运永丰仓粮秣，休兵秣马，坚壁不战，并遣偏裨将乘间抄掠敌后，断其粮道。由是金刚兵势渐衰。
当宋金刚大将尉迟敬德与寻相俘永安王等而将还浍州之时，世民即遣殷开山率秦叔宝邀击于美良川（今闻喜县南四十里），大破之，斩首两千余级，独孤怀恩因得脱逃归，高祖渊复使将兵攻蒲阪。俄而敬德与寻相又潜引兵援王行本于蒲阪（河东郡城今永济县），世民又亲帅步骑三千，自间道夜趋安邑，邀击大破之，敬德、寻相仅以身免，悉俘其众归柏壁。由于世民两次小胜，唐军士气因而复振，诸将请转取攻势。世民认为金刚锐气方盛，未宜速战，应闭营养锐，以挫其锋，分兵汾隰（今汾阳，隰县地区），卫其心腹，彼粮尽计穷，自当遁走。此即世民制胜宋金刚的战略。（《资治通鉴》卷一八八）
武德三年正月，独孤怀恩与秦武通攻蒲阪，王行本出战而败，粮尽援绝，欲突围走，无随之者，乃于是月十四日开城出降。十七日高祖渊赴蒲州几为独孤怀恩阴谋叛乱所误，幸刘世让告密，始执怀恩而斩行本。唐已克蒲州，战势益佳。时宋金刚犹围攻绛州未下，其军势因而更陷于被动。
二月初，刘武周分兵攻潞州，潞州刺史郭子武不能御，高祖遣王行敏赴救，而行敏却与子武不和，行敏言其将叛斩之，并击破武周之兵。二十日唐遣桑显和等攻吕崇茂于夏县。三月初二日，武周遣将张万岁再攻浩州，李仲文击退之，俘斩数千人。二十一日，行军总管张纶再击破武周于浩州，俘斩千余人，遂将兵西进以逼石州，刘季真降。
宋金刚与秦王世民对峙，相持半年，以馈运不至，军中饥馁，十四日，金刚遂以寻相殿后，帅众北走。秦王世民追之，大破寻相，乘胜逐北，一昼夜行二百里，接战数十合。至高壁岭（今灵石县东南二十五里，一名韩侯岭），刘弘基执辔谏曰：“大王破贼逐北至此，功已足矣，深入不已，不爱身乎！？且士卒饥疲，宜留壁于此，俟兵粮毕集，然后复进未晚也。”世民曰：“金刚计穷而走，众心离散，功难成而易败，机难得而易失，必乘胜取之；若更淹留，使彼计立备成，不可复攻矣。吾竭忠徇国，岂顾身乎！”遂策马而进。将士不敢复言饥，遂越霍邑（亦日永安）追及金刚于雀鼠谷，一日八战皆破之，俘斩数万，获辎重千乘。夜宿雀鼠谷西原，世民不食已二日，不解甲三日，军中只有一羊，世民与诸将分食之，然后进迫介休（今县）。金刚以余众二万，又出西门背城布阵，南北亘七里以迎战。世民令李世勣、程咬金、秦叔宝击其北，翟长孙、秦武通击其南。既战诸军小却，世民乃率精骑突击其阵后，乃大破之，斩三千级。金刚轻骑北走，世民迫之数十里，至张难堡，浩州总管樊伯通、张德政据堡自守，世民免胄示之，堡中将士喜且泣。尉迟敬德、寻相、张万岁等伯收余众守介休，世民遣任城王道宗、宇文士及谕之，敬德等遂以城降，永安亦降。时刘武周尚据晋阳，闻金刚败，大惊，引骑五百，弃晋阳北走突厥。金刚收散卒，将还拒，众不为用，亦与百余骑奔突厥。世民至晋阳，武周所署仆射杨伏念举城降。于是并州悉平。世民还师攻夏县，于五月二十日城破。尽屠之。（《新唐书》卷八十六）
武周及金刚奔突厥后，未几，金刚背突厥欲还上谷，为突厥所追斩。后武周亦谋归马邑，计露，突厥杀之，另以武周部将苑君璋统其余众，号为大行台，据马邑数为边患。迭经招抚，至武德六年，君璋部将高满政逐君璋来降，马邑始告克复。
刘武周自大业十三年（公元617年）二月据马邑起兵，取楼烦、定襄、雁门诸郡，突厥立为定杨可汗。至武德三年（公元620年）四月为唐所破，历时凡四年余而亡。
四、平定窦建德、王世充
秦王世民于武德三年（公元620年）四月破走刘武周、克复晋阳后，五月凯旋之军方抵长安，六月即议东征，此原为唐之定策。
（一）双方战略部署
武德三年六月，世充闻唐议举兵来攻，即令诸州镇选骁勇者，征集于洛阳，并置四镇将军，募兵分守洛阳四城。七月，秦王世民大军至新安时（河南今县），世充又加强其外方州镇部署，分兵把守，总兵力三万准备迎击唐军。
武周三年七月初一，诏秦王世民督军余万进击东部，利用渭、河之水为运粮道，由鼎（今灵宝）、芮（今芮城）、陕（今陕县）、函（今新安）、虞（今虞乡）、虢（今卢氏）六州设水陆转运，以补给前线大军。旋得朱可浑之报，告并州总管李仲文与突厥通谋，欲俟洛阳兵交，引胡骑直人长安。同月十三日，乃命建成将兵镇蒲阪（今山西永济县）以备之。又遣唐俭安抚并州，暂废并州总管府，征李仲文入朝。对突厥仍委曲以事之，以消弭北方压力，若与突厥为敌，则统一北方大业，将难以实现。令德操则仍守延州（今陕西延安），以备梁师都。遣使与窦建德结好。唐之此一总方略，将于本章后面详论之。
（二）慈涧序战
同月，唐遣罗士信攻慈涧（今河南新安县东三十里），世充将兵三万救之。二十八日，秦王前觇世充军，猝与之遇，众寡不敌，道路险厄为世充所围，左右皆惧，秦王命左右先归，亲自殿后。世充骑将单雄信夹道来追，枪几及秦王。秦王左右射之，皆应弦倒，获其大将燕颀，世充军乃退。翌日秦王遂帅步骑五万进攻慈涧，世充拔营退守洛阳，于是展开洛阳的围攻战。
（三）洛阳围攻战
隋炀帝之世，为大力经营四方，以洛阳居天下之中，乃以洛阳为东都，其地位形势之重要，仍不减西京长安。唐已据有长安为京都，欲统一中原，则非取东都不可。但据东都之王世充兵强将勇，府库富实，城池险固，而世充所控制之地又甚辽阔，非短期可以攻克。于是采取逐渐削弱孤立围困然后攻取之计。因而对洛阳围困作如下部署：使史万宝据龙门（即伊川县西南），以绝洛阳南援之路；刘德威攻取河内，与李袭誉加强阻隔王世充与突厥间之联系；王君廓进取洛口，以断洛阳之粮饷；黄君汉渡河袭取迥洛城（即回洛仓城，今孟津县东南），以断洛阳之粮饷；秦王世民自将大军进屯北邙山，连营以逼东都。
八月，唐各路军开始展开攻势。是月十四日黄君汉军渡河袭迥洛城克之，世充太子玄应反攻迥洛城不克，乃筑月城于其西，留兵守之。王世充布阵于青城宫（在东都城西禁苑中），秦王世民亦置阵当之。同月二十五日，刘德威袭怀州，入其外郭。九月十七日王君廓攻轘辕（关）（今缑氏镇东南）拔之，遂东徇地至管城（今河南郑县）而还。同月二十一日，世民、率五百骑先观战地，为王世充发觉而围之，单雄信直取世民，尉迟敬德翼护世民，横刺雄信坠马。世民敬德帅骑还战，出入世充阵，往返无所碍。盖敬德善槊，而世民善射，勇不可当，故能在此不意战斗中能胜。
十月初五日，王世充大将张镇周降唐，十五日，罗士信袭硖石堡（洛阳西），拔之。夜袭千金堡（洛阳北）屠之。同月，世充管州总管郭庆（治管城今河南郑县）遣使降唐，世民遣李勣（即徐世勣）往据其城。时世充太子玄应引兵趋管城，为世勣击退。玄应遣张志征兵荥州（今荥阳县），为世充守将魏陆所擒而降于唐。玄应闻诸州皆叛，大惧，奔还洛阳。
形势演变至此，王世充除保有徐、梁、毫、滑、随等州及襄阳之外，仅能困守东都及洛阳故城、偃师、巩县、虎牢与平州（今河南孟津县东）各据点。
当此之时，北方忽发生变化，几危及唐在东都作战之胜败。盖是年十一月，据云州之郭子和，因袭取梁师都的宁朔城（今陕西榆林县南），而与突厥、师都构隙，惧而降唐，唐使于延州故城居之，以图师都。师都大惧，遣使说突厥处罗可汗曰：“比者中原丧乱，分为数国，势均力弱，故皆北面归附突厥。今定杨可汗（刘武周）既亡，天下将悉为唐有，师都不辞灰灭，亦恐次及可汗。不若及其未定，南以中原，如魏道武（拓跋硅）所为，师都请为向导。”突厥自隋末以来，即利用中国之乱，从中取利，又利用中国各割据势力的贡献货财，故对各割据势力，均支援之，如对李渊、刘武周、薛举、梁师都、郭子和、窦建德、王世充等，皆莫不如是。因之，始终谋保此等割据势力在中国的均势。今李渊转为独强之势，故对师都之说即从之，分遣大军侵唐。
高祖渊得悉，即遣将使突厥，说处罗息兵。处罗不从，俄而疾卒，突厥疑将使毒死之，执将使。高祖渊又遣孝恭弟瓌往赂颉利可汗，颉利可汗乃息兵，于是唐此一滔天大祸，得以消失于无形，此真唐之幸运。
同月，王世充以东都困逼，乃遣使求救于窦建德，建德遂遣使报世充，许以赴援，一面遣李大师为使致书于秦王世民，请退军潼关，返郑侵地，修复前好。世民留其使不报。十二月，世充所管辖的亳州（今安徽毫县）、随州（今湖北随县）亦相继降唐。是月末，建德行台尚书令胡大恩于恒山（即恒州，今河北正定县南）降唐。武德四年正月，梁州总管程嘉会又以州降唐，世充之势益蹙。于是世民对洛阳围攻战正式展开。
二月，世充遣玄应将兵数千自虎牢运粮入洛阳，世民遣李君羡邀击，大破之，玄应仅以身免。同月十三日，世民移军于青城宫（东都入禁苑之西门），依故马坊垣堑，临谷水（今涧水）以相拒。世民命屈突通帅步兵五千渡水击之，并戒通曰：“兵交则纵烟！”烟发，世民即引骑兵南下，身先士卒，与通合势力战。世民欲知世充阵厚薄，率精骑数十冲之，直出其阵后，众皆披靡，杀伤甚众。既而艰于长堤，与诸骑相失，兵行恭独从世民。世充数骑追及之，世民马中流矢而毙，行恭回骑射追者，发无不中，追者不敢逼，乃下马以授世民，行恭于马前步执长刀，距跃大呼，斩数人，突阵而出，始得还军中。世充亦帅众死战，自辰至午（五六小时）两军混战，散而复合者数四，世充军终于不支而退。世民纵兵乘之，追抵城下，斩俘八千人，遂移营于城下围城。
翌日（十四日）世充复出右掖门，临洛水布阵，因被唐俘将所刺，未战解阵还城。同月二十二日，世充守河阳城（今孟县西南）的王泰弃城走，其将赵复等以城降唐。是时，世充别将单雄信、裴孝达与总管王君廓相持于洛口（君廓似仍未攻下洛口仓城，世充遣单雄信等救之），世民帅步骑五千援之，至辕辕（关名，今偃师县南），雄信等遁去，君廓追败之。同月二十七日，王世充怀州刺史陆善宗又以城降，至是世充黄河北岸之城镇俱落。于是，世民展开攻城战，围攻洛阳宫城。世充守备甚严，大炮飞石重五十斤，掷二百步，八弓弩箭（八弓共一弦，如古连弩）如车辐，镞如巨斧，射五百步。因此世民四面攻之，昼夜不息，历旬余仍不能克。城中欲翻城降唐者，几十几辈，亦皆不果发而死。世民乃令诸军环城掘堑筑垒以围困之。世充亦不复出战，以待突厥、窦建德来援。
唐军自武德三年八月开始对洛阳展开攻势以来，至此已历八阅月，而攻城之激战又经旬余（此时似已得窦建德突厥救王世充之情报），因此唐之将士皆疲惫思归，总管刘弘基等请班师。世民曰：“今大举而来，当一劳永逸。东方诸州已望风歙服，唯洛阳孤城，势不能久，功在垂成，奈何弃之而去！”乃下令军中曰：“洛阳未破，师必不还，敢言班师者斩！”众乃不敢复言。此时高祖渊亦以战略形势堪忧，密敕世民还师，世民表称洛阳必可克，又使德彝入朝面论形势，谓世充“智尽力穷，克在旦夕。今若旋师，贼势复振，更相连结，后必难图”。高祖乃从之。世民遗世充书，谕以祸福，劝使出降，世充不报。是月三十日，世充郑州（治虎牢）司兵沈悦遣使李世勣请降，王君廓乘机引兵进袭虎牢，悦为内应，遂拔之。
同月，窦建德攻孟海公克周桥，虏孟海公，于是建德转兵西进救世充，遂与唐展开虎牢之战。
（四）虎牢之战
三月，行军总管刘世让，已自井陉攻至黄州（在今河北邢台县）拔之，建德沼州方面严为之备，世让不得进。但此时建德普乐县（今河北鸡泽县西南）令程名振响应降唐，进攻邺（今河南临漳县西）。会突厥大举人寇，高祖渊乃召世让还守并州以备之。因此牵制窦建德之计，未能达成。
1.突厥入侵。突厥颉利可汗承父兄（处罗可汗）之资，士马雄盛，有凭陵中国之志。此时世充使者王文素已至突厥游说突厥出兵击唐，颉利从之。唐犹以中国未宁，待突厥甚厚。但颉利求请无厌，言辞骄慢，今乃以文素等之说，遂举兵侵唐。同月十六日，突厥先渗入之兵寇汾阴（今山西荣河县并九里），太子建成拒之。同月二十四日，突厥兵寇石州（今山西离石县），刺史王集又击却之。四月初，高祖渊又以丰州总管张长逊久在边，为突厥所厚，遣将代之以加强北方守御形势。又征巴蜀之兵，以增援世民军，期速破东都，以结束洛阳之战。同月十二日，突厥颉利可汗始亲帅大军寇雁门（今山西代县），代州总管李大恩击退之。二十一日突厥寇并州（太原），总管刘世让御之。由于突厥主力军南侵攻势进展迟缓，对于唐军在洛阳方面的作战，遂不发生影响。（《新唐书》卷二百十五）
2.窦建德救洛阳。同年十一月，王世充求救于建德，建德遂于是年三月，留其将范愿守曹州，悉发孟海公、徐圆朗之兵，合其本部兵十余万之众，号称三十万亲自帅之西进，以救洛阳。兵至滑州，世充行台仆射韩洪开门纳之。同月二十一日，建德军进至酸枣（今河南延津县），遂渡济、汴二水攻管州陷之，杀刺史郭士安，继陷荥阳、阳翟（今禹县）等县。于是建德水陆并进，泛舟运粮，溯河西上，军于成皋（即虎牢）之东原（即东广武）以筑宫于板渚，并遣使告知世充。世充弟徐州行台世辩，亦遣其将郭士衡将兵数千会之。