我和各位约定，刚过中午，必定打败他们！”窦建德轻视唐军，派三百名骑兵渡过汜水，在距离唐营一里左右的地方停下，派使者对李世民说：“请挑选几百名精锐士兵，与我们较量一番。”李世民派王君廓率领二百名持长矛的士兵应战，双方交战，你来我往，不分胜负，各自撤军。王琬骑着隋炀帝的青骢马，铠甲兵器十分华丽，他出列在阵前向众人夸耀。李世民说：“他骑的真是匹好马！”尉迟敬德请求去夺取，李世民阻止他说：“怎能为了一匹马损失猛将？”尉迟敬德不听，和高甑生、梁建方三人骑马直冲敌阵，擒获王琬，牵着他的马返回，敌军没人敢阻挡。李世民派人去召回黄河北岸的战马，等战马到了，才出兵作战。

窦建德的军队列阵，从清晨到中午，士兵饥饿疲倦，都坐在阵中，又争相喝水，徘徊着想撤退。李世民命令宇文士及率领三百名骑兵从窦建德阵前向西行进，再奔驰向南，告诫他说：“敌军如果不动，你就领兵返回；如果动了，就领兵向东出击。”宇文士及到了阵前，敌军阵形果然动摇，李世民说：“可以进攻了！”当时黄河北岸的战马也已赶到，于是下令出战。李世民率领轻骑率先冲锋，大军随后跟进，向东渡过汜水，直逼敌阵。窦建德的文武官员正在朝见他，唐军骑兵突然到来，官员们急忙奔向窦建德，窦建德召骑兵抵御唐军，可骑兵被官员们挡住，无法前进。窦建德挥手让官员们后退，就在这进退之间，唐军已经杀到。窦建德窘迫，后退依靠东陂。窦抗领兵进攻，作战稍有不利，李世民率领骑兵赶赴救援，所到之处敌军纷纷溃散。淮阳王李道玄挺身而出，冲入敌阵，直冲到敌军后方，又突阵返回，反复进出，身上插满弓箭，像刺猬毛一样，却勇气不减，射箭必中，敌军应声倒地。李世民把备用的战马给他，让他跟随自己。于是唐军各路兵马大战，战场上尘埃漫天。李世民率领史大柰、程知节、秦叔宝、宇文歆等人，卷起旗帜冲入敌阵，从阵后穿出，竖起唐军旗帜。窦建德的将士回头看见唐军旗帜，顿时大败，唐军追击三十里，斩首三千多级。窦建德被长矛刺中，逃到牛口渚躲藏起来。唐军车骑将军白士让、杨武威追击他，窦建德坠马，白士让举起长矛要刺，窦建德说：“别杀我，我是夏王，能让你们富贵。”杨武威下马擒获他，用备用马驮着，来见李世民。李世民责备他说：“我讨伐王世充，与你有什么关系，你却越过边境，来触犯我的兵锋！”窦建德说：“如今我不自己来，恐怕还要劳烦你远道去捉拿。”窦建德的将士全部溃散，唐军俘获五万人，李世民当天就遣散了他们，让他们返回乡里。

封德彝入朝祝贺，李世民笑着说：“没听你的话，才有今天的胜利。智者千虑，也难免有一失啊！”封德彝十分惭愧。

窦建德的妻子曹氏与左仆射齐善行率领几百名骑兵逃回洺州。

甲子日，王世充占据的偃师、巩县都投降了唐军。

乙丑日，朝廷任命太子左庶子郑善果为山东道抚慰大使。

王世充的部将王德仁放弃旧洛阳城逃跑，副将赵季卿献城投降。秦王李世民把窦建德、王琬、长孙安世、郭士衡等人囚禁起来，带到洛阳城下，让王世充观看。王世充与窦建德交谈，忍不住落泪，随后派长孙安世等人进城报告窦建德战败的消息。王世充召集将领商议突围，向南逃往襄阳，将领们都说：“我们所依靠的是夏王，如今夏王已被擒获，就算突围出去，最终也成不了事。”丙寅日，王世充穿着白色衣服，率领太子、大臣、二千多人到唐军营门投降。李世民以礼接待他，王世充趴在地上，吓得满头大汗。李世民说：“你过去总把我当成小孩子看待，如今见到小孩子，怎么这么恭敬呢？”王世充磕头谢罪。随后李世民部署军队，先进入洛阳，分别驻守集市店铺，禁止士兵侵犯掠夺，没人敢违反。

丁卯日，李世民进入洛阳宫城，命令记室房玄龄先进入中书省、门下省，收集隋朝的地图、户籍和诏书制令，却发现这些都已被王世充销毁，一无所获。他又命令萧瑀、窦轨等人查封仓库，收集金银绸缎，分赏给将士。随后逮捕王世充的党羽中罪行特别严重的段达、王隆、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、郭善才等十多人，在洛水岸边斩首。

起初，李世积和单雄信关系极好，发誓要同生共死。等到洛阳被平定，李世积向李世民进言，说单雄信勇猛过人，请求用自己的全部官爵来赎单雄信的死罪，李世民没答应。李世积反复恳求还是没成，哭着退了出来。单雄信说：“我就知道你办不成事！”李世积说：“我并不吝惜自己的性命，愿意和兄长一起死；但我已经把这身性命献给了国家，事情没法两全。而且我死了之后，谁来照顾兄长的妻子儿女呢？”于是割下自己大腿上的肉给单雄信吃，说：“让这块肉跟着兄长化为尘土，也算是没辜负当初的誓言了！”百姓痛恨朱粲的残忍，争相扔瓦砾打他的尸体，没多久尸体就堆得像座小山。唐军囚禁了韦节、杨续、长孙安世等十几人，把他们押送到长安。那些没罪却被王世充关押的百姓，全都被释放；被王世充杀害的，都予以祭祀并撰写悼文。

起初，秦王府官员杜如晦的叔父杜淹效力于王世充。杜淹一直和杜如晦兄弟不