此时李世民已经在武牢关外布下了天罗地网。
李世民在武牢关外设下埋伏。窦建德果然中计，埋伏在各处的唐军纷纷冲出，与窦建德的军队展开激战。窦建德就在乱军中被活捉了。
李世民释放了五万名俘虏，同时规劝窦建德本人也归顺大唐。王世充见窦建德已被俘虏，最后的希望也已破灭，只得开城投降。
胜利的消息传到长安。李渊没想到李世民竟然一次除掉了自己心头的两个大患。秦王的功劳又一次触动了他的心事，李世民在各方面的表现都超过了太子李建成。他向心腹大臣裴寂提出想让秦王李世民做太子的想法。裴寂认为太子之位事关重大，不可轻下结论，还是从长计议。李渊只好把这件事暂时放下了。
李世民率领军队进入了洛阳城。纪律严明的唐军入城后没有引起洛阳城的骚乱，但因为长达一年的死守，洛阳城中已经是一片破败的景象。