唐武德四年(公元621年)五月二十八日，竇建德傾巢而出，從板渚出牛口列成戰(zhàn)陣，北靠黃河，西臨汜水，南連鵲山。十幾萬大軍確實(shí)聲勢(shì)浩大，連綿十幾公里，擂鼓前進(jìn)，喊殺聲震天。

這種場(chǎng)面十分駭人，讓唐軍諸將都十分驚慌。李世民帶幾名騎兵登上高丘觀察敵陣，并對(duì)將領(lǐng)們說：“敵人從山東起兵，還沒有碰見過強(qiáng)大的對(duì)手，如今身涉險(xiǎn)境卻很喧囂，是沒有紀(jì)律，逼近城池排列戰(zhàn)陣，有輕視我們的意思。我們?nèi)绻幢粍?dòng)，他們的勇氣自然就會(huì)衰竭，列陣時(shí)間一長士卒饑餓，勢(shì)必就會(huì)自動(dòng)撤退，我們?cè)僮飞先ス簦厝粫?huì)取勝。我和各位相約，一過正午，肯定能打敗他們！”

當(dāng)時(shí)竇建德輕視唐軍，派三百騎兵涉過汜水，在離唐營一里地方停止。派人通報(bào)李世民說：“敢不敢挑選幾百名精兵過來交鋒！”李世民派王君廓帶領(lǐng)二百名長槍手應(yīng)戰(zhàn)。雙方相互交鋒，驟進(jìn)驟退，最終不分勝負(fù)，各自返回營地。

這時(shí)，竇建德將領(lǐng)王琬騎著昔日隋煬帝的坐騎青驄馬，鎧甲兵器都很新，遠(yuǎn)離陣前向眾人夸耀。李世民說：“他騎的真是匹好馬！”尉遲敬德請(qǐng)求去奪馬，李世民制止他說：“怎么能為了一匹馬損失一員猛士呢？”尉遲敬德不聽，和高甑生、梁建方一起騎馬直沖入敵陣，活捉了王琬，牽著他的坐騎奔回唐營。

由于之前提到了李世民及其麾下武將勇力的事跡，這里就順帶提一提《隋唐演義》中的描寫與史實(shí)的關(guān)系。隋唐演義中前十二位好漢諸如李元霸、宇文成都、羅成等等都是虛構(gòu)的，或者并無此人，或是有各種原型進(jìn)行藝術(shù)加工。其實(shí)根據(jù)歷史記載，諸如秦瓊、尉遲敬德就已經(jīng)是那個(gè)時(shí)代最強(qiáng)的戰(zhàn)將。根據(jù)當(dāng)時(shí)的習(xí)慣寫作手法，《隋唐演義》將李世民表現(xiàn)成為道德典范，而文武策略、戰(zhàn)場(chǎng)拼殺都必須非常依賴麾下的能臣武將，這個(gè)是不符合實(shí)際的。“仁者不帶兵”，當(dāng)戰(zhàn)爭(zhēng)需要，李世民會(huì)毫不猶豫的展現(xiàn)出他冷酷無情的一面。只是他并不濫殺、嗜殺而已。此外，論武藝與馬術(shù)，特別是箭術(shù)，李世民也是可以居那個(gè)時(shí)代強(qiáng)者之列的。所以史書上經(jīng)常記載他親臨戰(zhàn)陣并熱衷于戰(zhàn)斗，用榜樣的力量來激勵(lì)唐軍奮勇作戰(zhàn)，而不完全是在后方組織與協(xié)調(diào)軍隊(duì)。

唐軍與夏軍從清晨對(duì)陣一直到中午，夏軍由于挑戰(zhàn)失敗，士氣繼續(xù)低落，而中午也出現(xiàn)了大量口渴與疲勞的跡象。“士卒饑倦，皆坐列，又爭(zhēng)飲水，逡巡欲退。”李世民命令將領(lǐng)宇文士及帶三百騎兵經(jīng)過竇建德軍陣西邊向南奔馳，告誡他：“敵人如果不動(dòng)，你就帶兵返回，如果動(dòng)了，就領(lǐng)兵東進(jìn)。”到竇建德陣前，敵陣果然動(dòng)了。顯然，士氣低落的夏軍開始躲避宇文士及的攻擊。

李世民立即下令把更多的精銳騎兵集中在竇建德已經(jīng)有動(dòng)搖跡象的左翼上。李世民率先出發(fā)，大軍跟隨在后，向東涉過汜水，直撲敵陣，開始總攻擊。竇建德的軍隊(duì)由于猝不及防，加上疲憊，已經(jīng)出現(xiàn)了部分的崩潰，但其精銳騎兵還是進(jìn)行了有效的對(duì)抗，掩護(hù)形勢(shì)窘迫的竇建德后撤靠近東面的山坡。該處處于泗水流域東部的懸崖地區(qū)，是一個(gè)不錯(cuò)的防御地形。

同時(shí)由于竇建德騎兵數(shù)量眾多，唐軍的騎兵突擊稍顯不利，李世民立即命令其他騎兵支援。唐軍淮陽王李道玄挺身沖鋒陷陣，直沖出敵陣后方，又重新返回沖入陣中，幾番進(jìn)出，身上聚集的箭像刺猬毛一樣，勇氣仍然不減，向竇建德軍陣連續(xù)放箭。一時(shí)間戰(zhàn)場(chǎng)塵土飛揚(yáng)遮天蔽日，血腥的格斗達(dá)到了白熱化的地步。

但夏軍的防御陣地轉(zhuǎn)移的代價(jià)則是造成了較大的混亂。李世民現(xiàn)在決定出動(dòng)自己的王牌，他親自率領(lǐng)最精銳的一千名玄甲騎兵，在程知節(jié)(就是程咬金)、秦瓊等悍將的伴隨下對(duì)竇建德的軍陣發(fā)動(dòng)最后猛烈的沖擊。玄甲軍們卷起旗幟，一直等到騎兵沖鋒穿透了整個(gè)夏軍的軍陣直達(dá)懸崖附近，才在夏軍的陣后展開之前卷起的唐軍大旗。竇建德的軍隊(duì)本來就士氣低落，現(xiàn)在看見唐軍的旗幟紛紛飄揚(yáng)在自己的陣后更是驚恐萬分。這時(shí)，從側(cè)翼迂回的唐軍騎兵也已經(jīng)到達(dá)，和玄甲騎兵進(jìn)行合擊，竇建德大軍迅速全面崩潰。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，有3000多名夏軍在唐軍的沖殺中被直接殺死，50000名以上的夏軍被唐軍俘虜，李世民當(dāng)天就遣散了這些俘虜，讓他們返回家鄉(xiāng)。竇建德則被長矛刺中，一直逃到牛口渚躲避。唐車騎將軍白土讓、楊武威追逐竇建德，竇建德落馬被俘。

竇建德大軍的潰敗消息很快傳到了洛陽，早已筋疲力盡的王世充于6月4日投降。虎牢關(guān)之戰(zhàn)的偉大勝利讓唐軍在一場(chǎng)戰(zhàn)役中打垮了兩個(gè)強(qiáng)大的對(duì)手，再加上唐軍名將李靖在南方的勝利，使得唐王朝統(tǒng)一中國已經(jīng)沒有任何懸念。3500名精銳騎兵(應(yīng)該還要加上本來虎牢關(guān)的守備軍)擊潰12萬大軍，這場(chǎng)中世紀(jì)早期騎兵的經(jīng)典戰(zhàn)例，可載入世界軍事史冊(cè)，也是李世民個(gè)人軍事生涯上的最高峰。