，考虑到高不二与萧铣会战还没结果，于是便向长安去了求援信。
而今李渊手里也没有多少兵马，派了一万人来援，这哪够，李世民急得火烧房梁了，如果一旦从洛阳败退，就会将敌人放进关中，如此以来长安难保，帝王霸业也将会功败垂成。
探马来报窦建德人马距离洛阳还有不到一日路程，李世民聚将商议对策。
李世民道：“如今洛阳眼看就要被我们攻破，窦建德人马却杀来了，如果此时不战而退，让他们合兵一处，敌军将会有近二十万人马，到那时我们就拿他们无可奈何了，长安也危矣。”
众将苦无良策，于是李世民让屈突通带领五万人马继续围攻洛阳，他带领四万人马到武牢关迎战窦建德。
两军对阵二十多天，这时候高不二和萧铣大战已经结束，李靖带领的十万大军到洛阳还有不到一天路程，李世民大喜过望。
窦建德兵马骄纵，自认为江南大战短期不会结束，还有盘踞在江都的李子通，江南人马短期不会渡江北来，所以连探马都没放，因此李靖带兵来到他却毫不知情，还在谋划着趁李世民军中粮草不足一举攻下武牢关呢。
李世民派人联系上李靖，约好进攻时间，于是第二天一早，李世民就命令士兵出关放马，迷惑敌人，吸引敌军来攻。
窦建德一看李世民在虎牢关外放了数千匹马在那悠闲地吃草，认为破关良机已到，便下令全军出击。
李世民站在高处看对方军马，杂乱无章的朝武牢关冲来，对身边的萧瑀、秦琼、程咬金、史大奈等大将道：“对方虽然占据河北、山东之地，但是历来没有真正对战过实力强大的军队，军中鼓号不一，命令我军必其锋芒，从侧面出击，传讯李靖，让他水陆并进从后面进攻，一击可破窦建德。”
萧瑀早在李渊攻入长安后，就按照高不二说的归降了李渊，现在为右仆射，随李世民进攻洛阳。
窦建德指挥大军来到武牢关下，只见关门紧闭，关外散落的军马已经不在，立马知道上当了，但是而今也只能强攻关口了。
待到李世民率军从侧面杀来，后面又出现了人数不明的唐军之后，窦建德才慌忙指挥人马撤退。但是为时已晚，被唐军追了三十余里，杀了万人，俘虏了五六万人，其他人马全部逃散，窦建德也被活捉了。
李世民对窦建德道：“我本来只打算攻打王世充，没想到你背信弃义从后面攻打我。”
窦建德恐惧的双腿直抖道：“我是怕还得麻烦你到河北、山东走一趟，所以来送人头的。”
李世民及众将哈哈大笑，李世民将窦建德带到洛阳城下，王世充一看援军无望，杭州人马也已经易帜，李唐一统天下大势已定，便率领文武百官开城投降了。
至此，再加上占据燕云的罗艺去年已经降唐，唐朝统一了大江南北，一个大一统的帝国版图呈现在世人面前。
李世民为大唐立下了不世之功，李渊封无可封，又不准备换太子，不得已封李世民为天策上将，开天策府，以酬慰这个为唐帝国立下无上功劳的二儿子。