王世充不必憂慮，因為竇建德肯定要出手。道理很簡單——唇亡齒寒。洛陽是竇建德的南面屏障，一旦被唐朝掃平，李世民的兵鋒就會直指河北，所以竇建德絕不會坐視王世充的滅亡。
當王世充派他的侄子——代王王琬和朝臣長孫安世驚慌失措地跑來求救時，竇建德立刻舉行了廷議，夏朝的中書侍郎劉彬隨即對時局作了一番完整而透徹的分析。他說：「天下大亂，唐朝據關西，鄭朝據河南，夏朝據河北，共成鼎足之勢。而今唐軍泰山壓頂一般進攻鄭國，從秋天到冬天，唐的兵力與日俱增，而鄭的土地則每天都在縮小；唐強鄭弱，必然不會支撐太久，一旦鄭國滅亡，夏朝也難以單獨存在。而今之計，不如把以前的仇恨和憤怒暫時放在一邊，出兵相救；夏軍攻唐軍之背，鄭軍攻唐軍之腹，定可大破唐軍。唐軍敗退後，再靜觀其變，若鄭國可滅則一併滅之，合兩國之兵，乘唐軍師老兵疲，進而奪取天下！」
竇建德完全同意劉彬的分析，隨後一邊遣使向王世充許諾出兵救援，一邊派遣禮部侍郎李大師前往唐營，勸李世民罷兵，解除洛陽之圍。可李世民當即扣留了李大師，對竇建德的建議根本不予理睬。
至此，唐朝與鄭、夏兩個割據政權的中原大決戰已經不可避免。
武德四年（公元621年）正月，鄭朝梁州（今河南睢縣）總管程嘉降唐；二十六日，唐將陳正通攻克梁城（今河南汝州市）。
差不多在這個時候，李世民為了發揮唐軍騎兵野戰的特長，特別遴選了最驍勇的騎兵一千餘人，組成了一支精銳中的精銳——玄甲軍。軍中將士全部身穿黑衣黑甲，分成左右兩隊，命秦叔寶、程知節、尉遲敬德、翟長孫分任左右統領。每次出戰，李世民本人也披掛黑甲，親自指揮。在隨後的多次戰役中，李世民率玄甲軍衝鋒陷陣、所向披靡，令王世充和他的軍隊聞風喪膽。
這一年正月底，屈突通和竇軌率部巡視各軍的營壘陣地，途中忽然遭遇王世充。唐軍猝不及防，差點被鄭軍殲滅。李世民聞訊，親率玄甲軍前往救援，大破王世充，生擒其騎兵將領葛彥璋，斬殺並俘虜了六千餘人。
二月初，由於洛陽被圍日久，糧食短缺，駐軍虎牢的王世充長子王玄應率數千人押運糧草救濟洛陽。李世民探知情報，命將領李君羨出兵狙擊。王玄應倉猝應戰，被李君羨擊潰，糧草全部落入唐軍手中，王玄應隻身逃回洛陽。
李世民覺得對洛陽發動總攻的時機已經成熟，遂遣宇文士及回朝請命。李淵批准了李世民的請求，並對宇文士及說：「回去稟告你們秦王，奪取洛陽是為了早日結束戰爭。克城之日，宮城中的乘輿法物、圖籍器械，凡不是私人物品的，由他收存保管，其餘子女玉帛，全部犒賞將士。」
李世民得命，遂於二月十三日率大軍進駐青城宮。唐軍未及修築營寨，王世充便親率二萬人馬出城攻擊。諸將皆懼，李世民命精銳騎兵在北邙山下列陣，隨後帶著各位將領登上北魏宣武陵察看敵情，對左右說：「賊兵已經到了窮途末路，這次王世充把全部兵力都投入戰場，準備決一死戰，若今日一戰破之，其後他便不敢再出城了！」於是命屈突通率五千人渡過榖水進攻王世充，隨後李世民親率騎兵沖入敵陣。
中原之戰中最為激烈的這場青城宮戰役就此打響。
為了探測敵陣的縱深程度並且打亂敵軍的陣形，李世民騎著他鐘愛的那匹通體純紫、奔跑如飛的駿馬颯露紫，在數十精騎的掩護下，像一支離弦之箭直直插入敵陣，最後竟然橫穿而出，一下打亂了鄭軍的陣腳。鄭軍士兵大為驚恐，被擊殺甚眾。可就在李世民縱橫馳騁、殺得性起的時候，一道河堤忽然擋住了他的去路。
那是榖水岸邊的河堤。李世民匆忙掉轉馬頭，準備和大軍會合。可是周圍密密麻麻全是敵軍，就連保護他的數十名騎兵也失散了。
李世民的身邊只剩下一個將領丘行恭。
這是李世民自中原開戰以來第三次身涉險境。
敵人圍了上來，流矢紛紛射向李世民，颯露紫前胸正中一箭。危急關頭，丘行恭連發數箭，射殺了幾名敵兵，隨即翻身下馬，把自己的坐騎交給李世民，然後一手牽著颯露紫，一手執長刀，左衝右突，大聲叱喝，終於和李世民一起殺開一條血路，與趕上來的大軍會合。（颯露紫也是「昭陵六駿」之一；戰鬥結束回營後，丘行恭為其拔箭療傷，但颯露紫終因流血過多而死；李世民為其題寫的讚辭是：「紫燕超躍，骨騰神駿，氣詟三川，威凌八陣。」颯露紫陣亡後，李世民所乘的是「昭陵六駿」中的另一匹寶馬什伐赤，此馬純赤色，是來源於波斯的汗血馬；在此後繼續圍攻東都的戰役中，什伐赤身中五箭，李世民為其題寫的讚辭是：「瀍澗未靜，斧鉞申威，朱汗騁足，青旌凱歸。」）
李世民突出重圍後，王世充也迅速集結潰散的部眾，重新擺出陣形，繼續與唐軍鏖戰。
這一仗打得異常慘烈。從辰時（七時）一直激戰到午時（下午一時），鄭軍多次被唐軍騎兵衝散，可王世充卻屢屢整兵再戰，表現出了前所未有的頑強。
王世充知道，如果輸掉這一仗，今後他就只能龜縮在洛陽城裡，被唐軍壓著打了，所以他必須全力以赴。然而，儘管王世充已經拼盡了全力，這一仗他還是輸了。
因為，鄭軍跟唐軍的戰鬥力根本不在同一個級別上，尤其是在野戰方面。
午時過後，唐軍士兵越戰越勇，鄭軍士兵卻個個精疲力竭，開始往後潰退，再也不聽號令了。王世充萬般無奈，掉轉馬頭向洛陽狂奔。李世民乘勝追擊，一直追到了洛陽城下，總共斬殺並俘虜了七千餘人。
唐軍隨後便將洛陽團團包圍，最後一個階段的攻城戰開始了。唐軍從二月下旬開始圍攻洛陽宮城，但是最後的攻堅戰卻要比李世民想像的艱難得多。
因為鄭軍的防禦部署非常嚴密，而且還裝備了大量重型武器。比如投石機，可投擲五十斤的飛石，投擲距離達二百步。可想而知，這樣的「炮彈」發射出去，每一發都可以把人砸成肉醬。此外還有一種巨型連弩，把弓拉滿的時候形狀大如車輪，箭鏃形同大斧，每次可以連續發射八箭，射程可達五百步。在這樣一些「尖端武器」的猛烈打擊之下，雖然唐軍日夜不停地從四面猛攻，付出了重大傷亡，但是一連打了十多天，洛陽宮城還是巋然不動。
唐軍將士筋疲力盡，以行軍總管劉弘基為首的一批高級將領紛紛請求班師。
可志在必得的李世民堅決不同意。他說：「我們大舉進攻中原，自應奪取洛陽，此乃一勞永逸之舉。而今東方各州皆已望風歸降，洛陽只是一座孤城，不可能堅持太久，眼看馬上就要成功，豈能棄之而去？」
隨後，李世民傳令全軍：「洛陽未破，師必不還，膽敢言班師者——斬！」
將領們只好收聲，可還是有人不服，偷偷跟長安打了小報告。數日後，李淵的一道密詔就到了李世民手上，意思也是讓他撤兵。李世民立刻擬了一道表奏，堅持認為洛陽必可攻克。為了加強說服力，李世民特意派遣此次隨同出征的軍事參謀封德彝奉表入朝，向李淵當面分析洛陽的形勢和報告前線的戰況。封德彝抵達長安後，稟報李淵說：「王世充原來所佔的地盤雖然不小，但是將吏離心離德，且如今大部都已歸降，號令所行，唯洛陽一城而已！王世充智竭力窮，朝夕之間即可攻克；倘若班師，賊勢復振，一旦各地賊兵再度聯合，其後必定更難對付！」
李淵聞言，隨即取消了撤兵的命令。
上下既已取得一致，攻克洛陽就只是時間問題了。為了避免更多的傷亡，李世民給王世充寫了一封勸降信，對他曉以利害、分析禍福。可王世充卻不予理會，準備和唐軍血戰到底。
因為王世充還存有一線希望，那就是來自北方竇建德的援軍。可是，從去年年底竇建德就已經答應要出兵援救，如今兩個多月的時間過去了，竇建德在哪裡呢？
竇建德還待在他的都城裡面，這兩個多月來他一直按兵不動。
他在坐山觀虎鬥。
救當然要救，但必須考慮什麼時候才能救，竇建德必須拿捏一個最恰當的火候。
這個火候就是在王世充和李世民打得兩敗俱傷而洛陽將陷未陷之際。只有鄭、唐兩方的有生力量都被最大限度地耗盡之後，竇建德才會乘虛而入，後發制人，一舉進佔中原，坐收漁翁之利！
武德四年二月末，一直在冷眼旁觀的竇建德終於遲緩地出手了。
因為王世充已經山窮水盡，而唐軍也已成強弩之末。
火候到了！
竇建德不緊不慢地親率大軍渡河南下，於三月初一舉攻克孟海公盤踞的周橋（今山東定陶縣東南），生擒了孟海公。
下一步，只要竇建德向西越過虎牢關，便可挺進中原、直趨東都。
虎牢關位於今河南滎陽市區西北16公里的汜水鎮，是洛陽東面的天險和屏障，因西周穆王曾在此狩獵，捕獲一隻猛虎，並將虎飼