李世民知道窦建德的后勤已经快撑不下去了，10万大军溃败只是时间问题而已。为了试探窦建德的真实实力，李世民派出宇文士及率领唐军进攻窦建德左翼，宇文士及还没开打，窦建德军队就溃败了。李世民知道，决战的时刻来临了。他率领3500名骑兵强渡汜水河展开进攻。
图_ 唐击王世充、窦建德洛阳之战示意图
唐军发起进攻的时候，窦建德在军中商量作战事宜。他怎么也想不到，李世民的3500骑兵会对自己失去后勤支持的10万大军展开总攻。窦建德军队慌忙派出主力部队迎战唐军，由于窦建德军队人数较多，其一度还将唐军包围。危急关头，李道玄拿起长枪杀向敌人，几进几出。李世民更是亲自率领率领大军冲向窦建德的主力部队--中军大营。
在李世民的猛烈冲击下，窦建德中军部队迅速瓦解。窦建德的其他军队看到中军军阵内有唐军军旗飘扬，顿时阵脚大乱。就在窦建德中军崩溃的关键时刻，宇文士及率领的300唐军精锐又给窦建德后方以打击。在李世民和宇文士及的联合夹击下，窦建德的军队全线崩溃，窦建德本人被唐军活捉。虎牢关之战以李世民的胜利而告终。
