唐建国初年，全国的军事形势发生了很大的变化，隋炀帝被杀，李密领导的瓦岗军被王世充歼灭。中原地区形成了李渊所建的“唐”政权、王世充建立的“郑”政权和窦建德建立的“夏”政权三足鼎立的局面。
在当时的情况下，唐和窦建德的“夏”中间有太行山的阻隔，距离较远的王世充的“郑”则在唐的东大门之外，首当其冲。于是，公元620年秋天，李世民率领诸军东征洛阳，开始了平定王世充的战争。
东都洛阳，经过隋炀帝10多年经营，物资充实、城池险要，王世充还控制了洛阳周围的一大片区域。李世民借鉴瓦岗军久攻不下的经验教训，采取了先打外围、逐渐削弱、孤立围困的谋略。
李世民经过7个月的作战，基本上扫清了洛阳外围的城池，随后开始了大举围攻洛阳的行动。但是洛阳城非常坚固，王世充兵多将猛，唐军四面进攻，日夜不息，连续攻了10多天仍然不能攻克。在这期间，王世充秘密派遣使者，前去游说窦建德说：“如果窦建德仍然坐山观虎斗的话，王世充灭亡之后，‘夏’政权一样势单力孤，难逃被唐灭掉的厄运。”终于，窦建德同意出兵相救。王世充也不再出战，刻意保存实力，等待救兵。洛阳城中粮草日渐不足，最后严重缺乏，饿死的人交错地倒在路旁。
唐军这一方面，经过持续的作战，将士都疲惫思归，士气比较低落。总管刘弘基等人请求撤军，高祖李渊也暗中让李世民班师回朝。李世民意志非常坚定鼓励将士说：“这次我们领重兵而来，应当一劳永逸，一举拿下洛阳，现在东边的各州都已经望风而降了，只剩下洛阳一座孤城，从现在的形势来看，王世充坚持不了多久了，大功马上就要告成，怎么能就这样放弃呢？”于是李世民下令军中：“洛阳不破，决不还师，谁再敢说班师，必杀不饶！”同时，急上奏折，申述洛阳必定可破，又派参谋军事入朝，当面向李渊报告情况。终于，李世民在坚城不能克、将士思归、军心不稳、皇上动摇的关键时刻，力排众议，把这场战争坚持了下来。
洛阳危在旦夕的时候，窦建成德领兵10万（号称30万），大举南下前来相救。面对即将来犯的窦建德，李世民部下的意见分为两派，一派认为，王世充现在只缺粮草，万一得到接济，战争就会旷日持久，胜败就很难预料了。应该在围困洛阳的同时，由秦王亲自率领精锐骑兵抢先占据虎牢关，依据天险阻击窦建德。但是，另一派的意见却相反，认为去虎牢关，前有窦建德，后有王世充，必然会腹背受敌，唐军应该先退守新安，再寻机而战。
最后，李世民还是采纳了前者的意见，说：“王世充粮草已将用尽，内外离心。窦建德将士骄横懒惰，我们必须进占虎牢，扼守险要之地。窦建德如果要和我交锋决战，我一战就能将他打败，如果他们畏缩不战，那么王世充缺粮，10日之内必然不攻自溃。假若现在不速战速决，让窦建德占据了虎牢，洛阳周围的那些城刚刚归附我们，肯定不会力守，我军就很难再有良机取胜了。”
决定之后，李世民命令屈突通和齐王李元吉继续围困洛阳，自己则率领精锐骑兵3500人火速奔袭虎牢，历史上有名的虎牢之战正式开始了。
三月，李世民占据了虎牢关，他亲自东进20里侦察敌情，窦建德无法进军，只好就地筑垒固守。四月，窦建德军队几次作战失利，将士思归心理日益加重，军心开始涣散，而粮道又遭到了唐军的突袭，大将张青也被俘虏。
这时，国子祭酒凌敬向窦建德进谏说：“大王应该先放弃救洛阳，全军渡河攻打怀州，再向西穿越太行山，趁虚攻占上党，然后再南下，占据河东的广大地区，不但能占领疆土扩充兵力，还能威胁关中，从而迫使李世民退兵自救，洛阳之围不攻自破。”但是王世充派来的两个人日夜在军中哭泣，请求窦建德速救洛阳，而且窦建德一心想找李世民决战，根本听不进去，反而说这是书生之见。
这一天，李世民得到谍报说：“窦建德探知唐军牧草已尽，想趁唐军在河滩上牧马，军中缺少骑兵的时候，前来偷袭虎牢。”李世民决定将计就计。五月初一，李世民渡河，在黄河北岸牧马，并留下战马千匹，李世民则在晚上返回虎牢。
第二天早晨，窦建德果然中计，觉得有机可乘，就率领全军出动，排兵20里击鼓前进。想用气势吓倒唐军。李世民登高观望，对部将说：“窦建德过险关鼓噪而进，这是毫无纪律的表现。临城而列阵，是在轻视我军。我们如果按兵不动，他们的勇气必然渐渐衰退，列阵久了将士就会饥饿疲劳，不攻自退，等那时我们再乘势追击，就能战无不胜。”果然不出所料，到了中午，窦建德的军队因为久未开战，士气低落，士卒又饥又渴，开始争着喝水，很多人坐在地上，没有了开始时的阵形，一副狼狈相。
李世民此前早已将战马赶回，此时看时机已到，便下令攻击，全军以排山倒海之势冲向敌军，窦建德措手不及，被杀得大败，后退途中被唐军俘虏。
窦建德一败，洛阳的王世充成了惊弓之鸟，获救无望，城内再无粮草，想突围又遭到众将的反对，只好开城投降了。
窦建德押送到长后被处死，他的部将起兵，最终也被唐军镇压了下去。后来，南方的诸多政权也归附了李唐。李世民东征西讨的统一战争终于结束，李唐王朝建立起了全国的中央集权统治。