大唐武德三年七月，唐軍在李世民的率領下，出關進攻王世充。王在劉武周、宋金剛被殲滅時就已預料到唐將以鄭為下一個目標，因此早已做好了動員準備。按照當時唐鄭的軍事對比，鄭雖然稍弱，但勝在本土作戰，又採守勢，原本應該會出現比較慘烈的拉鋸場面，不料才一開戰，王世充的局面就迅速惡化，鄭國各地守將竟然紛紛不戰而降。七月，張公瑾降；八月，鄧州降；九月，田瓚以所部25州降（25州啊！），時德睿以所部7州降；十月，大將張鎮周降，郭慶以管州降，魏陸以滎陽降，王要漢以汴州降。才三個月的時間，洛陽周圍郡縣全部落入李世民手中，洛陽成了一座孤城。
在隋末各家反王裡，手下將領最熱衷於投降的就是王世充了，其實，在唐大舉進攻之前，王的部下就已經有不少降了唐。下面介紹幾個最著名的例子，也許可以說明王世充的人才為什麼會迅速流失。秦叔寶、程知節，原為李密部下，李密敗後歸降王世充，於武德二年閏二月降唐，該二人對王世充的評價是「多詐」二字，程知節更評論王世充「器度淺狹，而多妄語，好為詛誓，此乃老巫嫗耳」，如果下級認為上級的為人好比老巫婆，那當然根本不可能有任何忠心可言。羅士信，武德二年七月降唐，羅是當時屈指可數的勇將，王給他的待遇與無名之輩邴元真之流相同；王的侄子看上了羅的坐騎，羅不肯獻上，王強奪了羅的馬送給了自己的侄子，羅終於怒而降唐。古人崇尚「士為知己者死」的精神，王世充「徒為兒女之態，以悅下愚」，當然得不到人心。
眼看局勢不利，王世充親自出面向李世民求和，雙方在洛陽城外隔著洛水談判，王發言道，唐帝關中，鄭帝河南，我沒有去進攻你的關中，你為什麼要進攻我的河南？（井水不犯河水，我是無辜的）李世民答道，我大唐志在四海，你擋了我的路，我為此而來。（臥榻之旁豈容他人酣睡，你覺悟吧）王又提議說，讓我們罷兵講和，「不亦善乎」？（你看我已經在苦苦哀求了）李答道，我爸爸只命令我來滅了你，沒有授權我和你講和。（我就是不講理了，你能把我怎麼樣？）於是和談破裂了。
既然無法求和，王世充只得全力迎戰，無奈人心已失，連戰皆敗，正面打不過，那只好用偷襲了。李世民作為主帥有個很不好的習慣，喜歡只帶少數手下到最前線去看地形或偵察敵情。王世充早就知道李世民的這個愛好，一直都在等待合適的機會。機會在九月辛巳這天出現了，李世民只帶了五百騎兵到魏宣武陵看地形，王世充立即帥步騎兵萬餘人前往突擊，將李世民重重圍困，唐軍主力這時也已得知情況危急，屈突通領援兵拚命來救，但都被王部攔住。王的大將單雄信殺散李世民的衛士，直衝到李世民馬前，眼看李世民就要當不成唐太宗，突然出現了一個叫尉遲敬德的奇跡，在單雄信舉槊刺向李世民的一剎那從側面把單雄信挑落馬下。隨後，尉遲敬德護著李世民殺出重圍，終於和來接應的唐軍主力會合，尉遲隨即回身向王世充發起反衝擊，出入王軍如無人之境，士氣大振的唐軍跟隨其後，結果反倒是王世充全軍覆沒，僅以身免。
這傳奇的一戰後來被改編為棗園奪槊、單鞭救主的說唐故事，至今仍為人津津樂道。
這裡要介紹一下尉遲敬德（他的名字大家一定很熟，門神爺啊），他其實不是李世民的嫡系人馬，而是太原李家的死敵劉武周的手下大將，當年與唐作戰時曾造成唐軍重大損失（死了一個王），劉武周失敗時，他奮戰到最後才投降。他歸順後一直也沒什麼出色表現，正好不少劉武周的降將逃跑了，軍法部門懷疑他也有異心，索性先下手為強，把他關了起來，還向李世民打報告請求處死他。李世民大怒，說如果敬德要叛變我，早就第一個跑掉了，怎麼可能留到現在？李不但立即放了人，還把尉遲請到自己的帳中，賜他金銀，安慰他說，大丈夫結交以意氣相投，我絕不信你會謀反，也請你不要因為我手下曾冤枉你就要離開，如果你一定要走的話，就用此金作為送別的禮物，來紀念我們共事一場。
士為知己者死，碰到這樣難得的領導，尉遲敬德當然死心塌地，甘為李世民而死。看看李世民如何對尉遲敬德，再看看王世充如何對羅士信，也難怪最後天下姓李而不姓王。
這時王已失去了獨自對抗唐軍的能力，不得已，只好派了使者去向竇建德求援，竇與王是敵非友，王此舉實為飲鴆止渴，但除此之外，再沒有其他辦法了。竇於武德三年十一月回信表示同意援救洛陽，但竇不懷好意，希望唐鄭之間繼續交戰，到兩敗俱傷時再由他收漁翁之利，因此一直隔岸觀火，不發援兵。
好在洛陽城的防禦能力是極強的，守城器械裡還包括了當時最強大的武器大炮飛石和八弓弩箭機，大炮飛石能將五十斤的大石擲二百步，殺傷力極強；八弓弩箭機則強大到誇張的程度，「箭如車輻，簇如巨斧，射五百步」，靠了堅城利「炮」，王世充在守城戰中獲得了成功。但是，像當年李密圍城時一樣，洛陽的糧食又快用完了。王世充決定在斷糧前全力一搏，希望能重現上次擊敗李密的奇跡，於是，王軍在武德四年二月開城出擊，不知是否巧合，王軍出擊的人數與當年破李密時相同，也是二萬。兩軍在洛陽城下血戰，王世充和李世民都親自上陣，王軍在此戰中鬥志極高，死戰不退（王的部隊基本上是以隋朝的禁衛軍－－驍果為班底的，戰鬥力極強），給唐軍造成很大傷亡，連李世民都險些陣亡，大將段志玄一度被俘（又自己跑回來了），可惜王軍最後仍然不敵唐軍，在戰死七千人後不得不撤回洛陽。這一戰是唐鄭之戰中最慘烈的一戰，也是王世充最後一次戰略出擊。此戰之後，王世充只有咬牙死撐，每日裡除了拚命守城，就是望眼欲穿地盼望竇的援軍。
接下來就是著名的武牢關大戰了，沒錯，不是虎牢關而是武牢關，呵呵，虎牢是武周代唐後改的，但為了大家的習慣，下面還是稱虎牢關吧。
大唐武德4年3月，就在攻守雙方互拼耐力之時，夏王竇建德認為卞莊刺虎的機會成熟了，竇建德親率夏軍主力向洛陽進發，兵力達到十餘萬，號稱三十萬。夏軍一路攻克唐軍佔領的郡縣，於當月到達洛陽東側的虎牢關外。唐軍將領大為恐慌，包括蕭禹、屈突通、封德蠡在內的重臣大將紛紛請求李世民暫避鋒芒，李世民認為虎牢關易守難攻，竇軍短期內絕無可能與城內王軍匯合，這正是各個擊破的好時機，絕對不可功虧一簣。於是李世民留李元吉領一半兵力繼續圍城，自己率另一半兵力趕去虎牢關迎擊竇建德。李世民就在大白天堂而皇之的撤走一半兵力去虎牢關增援，王世充在洛陽城頭看在眼裡，明知援軍已到，卻沒有能力出城接應，夾擊唐軍，取勝的機會就這樣被錯過了。如果竇建德在二月到達，王世充的二萬子弟兵出城夾擊，不知局勢會是如何。如今王軍已喪失戰鬥力，使唐軍可以輕鬆調主力迎擊竇軍，王世充心中不知是何滋味。當時唐軍已經久戰疲乏，見夏軍勢大，普遍心生畏懼。為了激勵士氣，李到達虎牢的次日就親自出馬要給竇建德一個下馬威。
當天，李帶了親衛隊五百騎出關去探竇的大營，兩地間距離二十餘里，李將所帶兵馬安排在沿途各處險要之地埋伏，伏兵分別由李世績、秦叔寶、程知節率領，而李自己只帶了尉遲等四騎，五個人大搖大擺就直奔竇建德大營。這實在是太瘋狂了，簡直是拿性命開玩笑，不過李世民是很有信心的，他對尉遲吹噓說，我持弓箭，你用馬槊，咱們走在一起，即便來千軍萬馬也奈何不得，如果敵人見到我就跑掉，那算他們聰明。五個人離竇軍還有三里時遇到了敵人的流動哨，李世民跳將出去，大喝一聲，我乃秦王李世民也！一箭幹掉了對方帶頭的小將。竇軍中大驚，雖然不信真是李世民，但還是出動了五六千騎兵殺將出來。五人組中無名的那三個嚇得面目變色，李世民命他們先撤，自己則和尉遲二人殿後。這二人的組合果然威力驚人，敵騎追在最前的一定中箭斃命，所以敵人不敢逼近（看來竇建德真是缺乏勇將）。從竇軍的角度考慮，雖然不敢太靠前，但又不甘心就此回去，所以就不知不覺地被引入了李世民事先安排的埋伏。李世績等人帶了伏兵殺出，竇軍倉皇而逃。
這一仗本身只能算小衝突，無關大局，但其本質其實是心理戰，李世民只帶了寥寥數人就敢到竇建德門口耀武揚威，而且還勝利而歸，簡直就有些望風披靡的味道，它給竇部的心理衝擊是十分巨大的。
竇建德與李世民在虎牢關相持到四月，竇軍久攻不下，接連小敗，軍中士氣低落，李世民又派大將王君廓襲擊竇的補給線，戰況開始對竇軍不利。竇的謀臣凌敬建議放棄進攻虎牢關，採用圍魏救趙之計，趁唐軍精銳盡在洛陽城下無法脫身之機，全軍直撲唐的根據地關中，李世民勢必進退兩難，不得不從洛陽撤兵，而竇軍則可立於不敗之地，最壞的結果也不過是撤回河北而已。竇本已打算採納凌的建議，但王世充的告急使者每天絡繹於道，在竇面前痛哭流涕苦苦哀求，同時又賄賂竇左右將領，讓他們在竇面前貶低凌敬（大意是說凌一介書生，不懂軍事），堅持不撤兵，竇不知是俠義精神發作，還是仍然想繼續劉彬的一箭雙鵰之計，反正最終沒有採納凌敬的建議。於是，竇無視相持所帶來的種種不利，繼續與李世民進行攻防戰。
五月，李世民認為時機成熟，終於出兵與竇會戰。雙方於上午到達戰場，夏軍漫山遍野而來，李世民則堅守不動，相持到中午，夏軍已又渴又餓又累，李世民趁機猛攻，並親自衝鋒陷陣。當時竇建德正召集群臣集會，李世民精兵直衝竇建德大營，竇手下眾文官立刻狼奔豕突，大營中一片混亂，竇軍的指揮系統陷於癱瘓。夏軍將士雖然奮戰，無奈指揮部被摧毀，最後終於不支潰敗，僅被俘虜的就多達五萬。竇在突圍時中槊受傷，逃到牛口渚終於不支墜馬，被唐將白士讓、楊武威追上，白要下手殺竇，竇急忙大叫「勿殺我，我夏王也，能富貴汝」，一世豪傑，到此生死關頭，也忍不住哀求饒命了。當天，李世民以勝利者的姿態與竇見了面，問竇說，我自管進攻王世充，關你什麼事，大老遠跑來送死？竇默然半晌，答到「今不自來，恐煩遠取」。對這句話一直有不同理解，有人認為竇乘興而來，卻落得如此下場，窮極無聊下自我解嘲，但這樣就簡直是一副搖尾乞憐之態，未免太不符合竇的風格，因此這句話可以理解成很正式的意思，那就是「為了爭天下，你我早晚將有一戰，就算這次我不來攻你，你也會去攻我，何必說那麼多廢話世充見面，竇、王二人唯有相對流淚。王世充見大勢已去，不得不開城投降。七月，李世民凱旋回到長安，將竇建德、王世充向李淵獻俘。李淵一向很有興趣將被俘的敵方首領公開處斬，比如薛仁果、李軌、蕭銑、李子通等人都是死於長安，竇建德也沒能例外，被斬於長安市中。
虎牢關之戰雙方的優劣。雖然唐軍處於腹背受敵，但是依托虎牢關一夫當關萬夫莫開的地形把作戰的主動權控制在自己的手中。而且夏軍此前從未敗過，還收編了徐圓朗，孟海公的部隊，士氣正旺。而且在此之前的黎陽之戰中曾經擊敗過唐軍生擒了唐軍主帥（大草包李神通，因為是皇親才成為主帥。和李世民一比用范大廚的話說「都是皇親國戚，人和人咋就差距這麼大捏？」自己被抓也就罷了，一同被擒的副帥可是大大的名，就是和李靖齊名的徐世績，後來的李績）。但是夏軍也有自己的弱點，首先是遠道而來，後勤緊張，其次夏部有相當一部分是收編不久徐孟的部隊，在指揮配合上和舊部有差距，而最大的弱點我認為就是竇起兵時河北一無隋軍主力二無大的其他反王勢力，雖然發展的很快，但從未打過硬仗惡仗，士兵素質不如唐軍，戰局有利時尚可，一遇挫折很容易不知所措。
針對夏軍的弱點，李世民不愧為中國歷史上超一流的統帥，他首先親率精兵扼守關城，接著居然只帶4人就敢挑戰夏軍，說到這，真不知道說他是勇敢好還是瘋狂好，不過此舉沉重打擊夏軍的士氣，在敵我兩軍中留下了必勝戰神的形象。然後和夏軍對峙兩月不出戰消磨夏軍的銳氣－－這是秦王對付強敵的慣用手段－－同時為了防止竇轉攻關中用激將法命李元吉加緊攻打洛陽卻故意不切斷王世充與竇的聯繫，讓竇覺得王已經快撐不下去了，轉攻長安如果洛陽很快陷落了自已就會在長安城下全軍覆沒。待時機成熟後展開決戰，還是後發制人，抓住夏軍正在開會，主要將領不在軍中的機會親自實施中央突擊，奠定勝局。自此以後大唐在中原基本已無對手了。