这一年正月底，屈突通和窦轨率部巡视各军的营垒阵地，途中忽然遭遇王世充。唐军猝不及防，差点被郑军歼灭。李世民闻讯，亲率玄甲军前往救援，大破王世充，生擒其骑兵将领葛彦璋，斩杀并俘虏了六千余人。
二月初，由于洛阳被围日久，粮食短缺，驻军虎牢的王世充长子王玄应率数千人押运粮草救济洛阳。李世民探知情报，命将领李君羡出兵狙击。王玄应仓猝应战，被李君羡击溃，粮草全部落入唐军手中，王玄应只身逃回洛阳。
李世民觉得对洛阳发动总攻的时机已经成熟，遂遣宇文士及回朝请命。李渊批准了李世民的请求，并对宇文士及说：“回去禀告你们秦王，夺取洛阳是为了早日结束战争。克城之日，宫城中的乘舆法物、图籍器械，凡不是私人物品的，由他收存保管，其余子女玉帛，全部犒赏将士。”
李世民得命，遂于二月十三日率大军进驻青城宫。唐军未及修筑营寨，王世充便亲率二万人马出城攻击。诸将皆惧，李世民命精锐骑兵在北邙山下列阵，随后带着各位将领登上北魏宣武陵察看敌情，对左右说：“贼兵已经到了穷途末路，这次王世充把全部兵力都投入战场，准备决一死战，若今日一战破之，其后他便不敢再出城了！”于是命屈突通率五千人渡过榖水进攻王世充，随后李世民亲率骑兵冲入敌阵。
中原之战中最为激烈的这场青城宫战役就此打响。
为了探测敌阵的纵深程度并且打乱敌军的阵形，李世民骑着他钟爱的那匹通体纯紫、奔跑如飞的骏马飒露紫，在数十精骑的掩护下，像一支离弦之箭直直插入敌阵，最后竟然横穿而出，一下打乱了郑军的阵脚。郑军士兵大为惊恐，被击杀甚众。可就在李世民纵横驰骋、杀得性起的时候，一道河堤忽然挡住了他的去路。
那是榖水岸边的河堤。李世民匆忙掉转马头，准备和大军会合。可是周围密密麻麻全是敌军，就连保护他的数十名骑兵也失散了。
李世民的身边只剩下一个将领丘行恭。
这是李世民自中原开战以来第三次身涉险境。
敌人围了上来，流矢纷纷射向李世民，飒露紫前胸正中一箭。危急关头，丘行恭连发数箭，射杀了几名敌兵，随即翻身下马，把自己的坐骑交给李世民，然后一手牵着飒露紫，一手执长刀，左冲右突，大声叱喝，终于和李世民一起杀开一条血路，与赶上来的大军会合。（飒露紫也是“昭陵六骏”之一；战斗结束回营后，丘行恭为其拔箭疗伤，但飒露紫终因流血过多而死；李世民为其题写的赞辞是：“紫燕超跃，骨腾神骏，气詟三川，威凌八阵。”飒露紫阵亡后，李世民所乘的是“昭陵六骏”中的另一匹宝马什伐赤，此马纯赤色，是来源于波斯的汗血马；在此后继续围攻东都的战役中，什伐赤身中五箭，李世民为其题写的赞辞是：“瀍涧未静，斧钺申威，朱汗骋足，青旌凯归。”）
李世民突出重围后，王世充也迅速集结溃散的部众，重新摆出阵形，继续与唐军鏖战。
这一仗打得异常惨烈。从辰时（七时）一直激战到午时（下午一时），郑军多次被唐军骑兵冲散，可王世充却屡屡整兵再战，表现出了前所未有的顽强。
王世充知道，如果输掉这一仗，今后他就只能龟缩在洛阳城里，被唐军压着打了，所以他必须全力以赴。然而，尽管王世充已经拼尽了全力，这一仗他还是输了。
因为，郑军跟唐军的战斗力根本不在同一个级别上，尤其是在野战方面。
午时过后，唐军士兵越战越勇，郑军士兵却个个精疲力竭，开始往后溃退，再也不听号令了。王世充万般无奈，掉转马头向洛阳狂奔。李世民乘胜追击，一直追到了洛阳城下，总共斩杀并俘虏了七千余人。
唐军随后便将洛阳团团包围，最后一个阶段的攻城战开始了。唐军从二月下旬开始围攻洛阳宫城，但是最后的攻坚战却要比李世民想象的艰难得多。
因为郑军的防御部署非常严密，而且还装备了大量重型武器。比如投石机，可投掷五十斤的飞石，投掷距离达二百步。可想而知，这样的“炮弹”发射出去，每一发都可以把人砸成肉酱。此外还有一种巨型连弩，把弓拉满的时候形状大如车轮，箭镞形同大斧，每次可以连续发射八箭，射程可达五百步。在这样一些“尖端武器”的猛烈打击之下，虽然唐军日夜不停地从四面猛攻，付出了重大伤亡，但是一连打了十多天，洛阳宫城还是岿然不动。
唐军将士筋疲力尽，以行军总管刘弘基为首的一批高级将领纷纷请求班师。
可志在必得的李世民坚决不同意。他说：“我们大举进攻中原，自应夺取洛阳，此乃一劳永逸之举。而今东方各州皆已望风归降，洛阳只是一座孤城，不可能坚持太久，眼看马上就要成功，岂能弃之而去？”
随后，李世民传令全军：“洛阳未破，师必不还，胆敢言班师者——斩！”
将领们只好收声，可还是有人不服，偷偷跟长安打了小报告。数日后，李渊的一道密诏就到了李世民手上，意思也是让他撤兵。李世民立刻拟了一道表奏，坚持认为洛阳必可攻克。为了加强说服力，李世民特意派遣此次随同出征的军事参谋封德彝奉表入朝，向李渊当面分析洛阳的形势和报告前线的战况。封德彝抵达长安后，禀报李渊说：“王世充原来所占的地盘虽然不小，但是将吏离心离德，且如今大部都已归降，号令所行，唯洛阳一城而已！王世充智竭力穷，朝夕之间即可攻克；倘若班师，贼势复振，一旦各地贼兵再度联合，其后必定更难对付！”
李渊闻言，随即取消了撤兵的命令。
上下既已取得一致，攻克洛阳就只是时间问题了。为了避免更多的伤亡，李世民给王世充写了一封劝降信，对他晓以利害、分析祸福。可王世充却不予理会，准备和唐军血战到底。
因为王世充还存有一线希望，那就是来自北方窦建德的援军。可是，从去年年底窦建德就已经答应要出兵援救，如今两个多月的时间过去了，窦建德在哪里呢？
窦建德还待在他的都城里面，这两个多月来他一直按兵不动。
他在坐山观虎斗。
救当然要救，但必须考虑什么时候才能救，窦建德必须拿捏一个最恰当的火候。
这个火候就是在王世充和李世民打得两败俱伤而洛阳将陷未陷之际。只有郑、唐两方的有生力量都被最大限度地耗尽之后，窦建德才会乘虚而入，后发制人，一举进占中原，坐收渔翁之利！
武德四年二月末，一直在冷眼旁观的窦建德终于迟缓地出手了。
因为王世充已经山穷水尽，而唐军也已成强弩之末。
火候到了！
窦建德不紧不慢地亲率大军渡河南下，于三月初一举攻克孟海公盘踞的周桥（今山东定陶县东南），生擒了孟海公。
下一步，只要窦建德向西越过虎牢关，便可挺进中原、直趋东都。
虎牢关位于今河南荥阳市区西北16公里的汜水镇，是洛阳东面的天险和屏障，因西周穆王曾在此狩猎，捕获一只猛虎，并将虎饲养于此而得名。其关隘修筑于汜水西面的大伾（pī）山上，“北临黄河，崖岸峻峭，岧岧孤危，高四十余丈，势尽川陆”（严耕望《唐代交通图考》）。
这是一座一夫当关、万夫莫开的雄关，自古就是兵家必争之地。要断绝王世充的外援、阻遏窦建德的兵锋，唐军就必须占领虎牢关。
但是，由于虎牢关隘险固，所以自唐军进兵中原以来，始终未能将其攻克，虎牢一直掌握在郑军的手中。其时据守虎牢的是王世充的侄子荆王王行本（非隋将王行本）。
然而，就在窦建德大举南下的一天之前，老天爷却帮了唐军一个大忙，使其轻而易举地拿下了虎牢。
这一年二月三十日，王行本属下的司兵沈攸忽然派人来到唐军驻地，找到了时任左武侯大将军的李世勣，请求投降。李世勣意识到这是夺取虎牢的天赐良机，当天夜里就派遣左卫将军王君廓突袭虎牢，与沈攸里应外合，迅速攻陷虎牢，生擒了王行本。
从三月开始，李世民改变了战术，不再对洛阳进行强攻，而是深挖壕沟、高筑营垒，切断了洛阳与外界的一切联络。
攻不下你，难道我还困不死你？
长期缺乏补给的洛阳城终于陷入绝境，最惨的当然就是断粮。城中的粮食价格疯狂上涨，一匹绢只能换粟米三升，十匹布才换盐一升，而平日价格高昂的精美服饰和古董珍玩则贱如草芥。百姓们吃光了城中的所有草根树皮，最后只好把土放在水桶里摇晃，等澄清后，捞取浮在水面上的细泥，混合着一点米屑烤成饼来吃。但是吃这种“土饼”无异于饮鸩止渴，很多人随后便浑身肿胀而死。一时间，洛阳宫城中到处躺满了横七竖八、扭曲变形的尸体，万千腐尸的恶臭弥漫在整个东都的上空。当初皇泰帝杨侗曾经把外城的三万户居民迁入宫城，如今只剩下不到三千户。
百姓几乎快死光了，而官员们的日子也好不了多少。即便贵为公卿，朝廷往往连糠麸都难以供应；至于那些尚书、侍郎以下的官员，则只能让他们自谋生路，到头来也不免活活饿死。
堂堂东都仿佛变成了一座人间地狱。
王世充面朝东方望眼欲穿——
窦建德啊窦建德，你到底是要来救命的，还是要来收尸的？
李世民和窦建德的对决
此时的窦建德实际上一刻也不敢耽搁。
因为他很清楚，陷入绝境的王世充随时可能投降或者覆灭，万一真的让李世民占据了洛阳，那么他坐山观虎斗的好处就全部落空了。
窦建德攻占周桥后，即命部将范愿镇守曹州（今山东定陶县），然后集结孟海公和徐圆朗的所有部众，马不停蹄地进抵滑州（今河南滑县），郑朝行台仆射韩洪立刻开门迎接。
三月二十一日，窦建德进抵酸枣（今河南延津县），随后攻陷唐军驻守的管州（今河南郑州市），斩杀唐管州刺史郭士安。其后，窦建德又迅速西进，接连攻克了荥阳（今河南荥阳市）和阳翟（今河南禹州市），大军水陆并进，用舟师运载粮食，一路溯黄河西上。王世充的弟弟、时任徐州行台的王世辩随即派遣部将郭士衡率数千人与窦建德会师，两军共计十余万人，对外号称三十万。
数日后，窦建德率大军进至虎牢关，于成皋（gāo，今河南荥阳市西北）东面的河岸平原驻扎，开始修筑营垒，并派人通知王世充。
窦建德大举南下，来势汹汹。李世民紧急召开了一个军事会议，讨论对策。将吏们提出了两种针锋相对的意见，双方的争论异常激烈。
多数将领表示应该避其锋芒，可李世勣的副手郭孝恪却坚决反对。他说：“王世充已经穷途末路，转眼就要投降，窦建德千里迢迢地跑来救他，这是天意要让他们一起灭亡。而今之计，应据虎牢之险，伺机而动，必可破之！”
记室薛收也说：“王世充据守东都，府库充实，所率领的士兵皆江淮精锐，他们现在唯一致命的弱点是缺乏粮食，所以才会被我们控制，战既不能战，守又守不久，已经陷入了困境。而今窦建德亲率大军，集中了他的所有精锐远来救援，如果我们稍微松懈，使其进抵东都，双方会师，则河北之粮必将源源不绝运至东都，大战重开，偃兵无日，统一海内之日更将遥遥无期。如今应当留一部分兵力继续围困洛阳，深沟高垒，世充出兵，慎勿与战；同时由大王亲率精锐进据虎牢，秣马厉兵，以逸待劳，必可克之。窦建德既已溃败，王世充自然瓦解，不出二十天，便可同擒二人！”
李世民频频点头称善，他的意见当然是和薛收、郭孝恪等人一致的。可是，以萧瑀、封德彝、屈突通等人为首的高级文官武将却一再坚持说：“我军的士气和体能已经到达极限；王世充据守坚城，不容易马上攻克；窦建德大军席卷而来，锐不可当，我军将处于腹背受敌之境。如果两线作战，实在不是上策，不如暂时退保新安，等待敌军师老兵疲，我军伺机再战。”
这些人发言完毕，把目光齐刷刷地转向李世民。
刚才还闹哄哄的大帐内忽然陷入了一阵短暂的寂静。
李唐王朝的中原之战就这么走到了一个最微妙的关头。
李世民也面临着他军事生涯中最重要的一个十字路口。他知道，萧瑀、屈突通等人的担忧不是没有道理。唐军与王世充已经打了足足八个月，早已疲惫不堪，而且在此前的攻坚战中又遭遇挫折，士气已大不如前，而窦建德的夏军则是养精蓄锐、以逸待劳，并且挟着新胜的余威；两相比较，唐军实在没有多少取胜的把握。再者说，燕赵自古多豪杰，夏军的战斗力绝对不可小觑，武德二年把李神通率领的河北唐军打得一败涂地就是明证。而且这一次窦建德几乎出动了他的所有精锐，这十几万精兵强将是那么好打发的吗？这不能不让唐军的多数将吏感到巨大的不安和恐慌。
万一失败，后果将不堪设想，所以，最稳妥的办法就是：听从大多数将吏的建议——暂时撤兵，伺机再战。
在当时的情况下，没有人会认为这么做是错的，就算李渊也不会认为李世民这么做是消极怯战。因为战局确实对唐军不利，而且还有这么多的文武将吏赞成退兵。再说了，避敌锋芒、暂时退守新安也不等于输掉了这场战争。稍事休整之后，仍然是有希望赢得胜利的。
战局如此险恶，退兵的理由如此充分，李世民还能坚持己见、一意死战吗？
在李世民看来，两线作战的风险固然很大，可一旦成功，便可一战平定河南河北，奠定一统天下的坚实根基，同时为他的军事生涯添上浓墨重彩的一笔，进一步巩固并提高他在李唐统治集团中的声望和地位。
这样的战果实在是诱人，所以李世民绝对不可能放弃。他最终选择了这个让所有人都心惊胆战的策略——围洛打援，两线作战！