此时，瓦岗军四处攻城略地，声势浩大，引起隋炀帝杨广的重视，杨广命令张须陀领军荡平瓦岗军。张须陀带领罗士信与秦叔宝连战连捷，前后三十余战，每战都击败瓦岗军, 瓦岗另一首领李密建议翟让用巧计取胜，即引诱隋军深入，然后重兵包围将其歼灭。翟让、李密与叛军将领徐世勣、王伯当将隋军合围。张须陀战死, 罗士信与秦琼率隋军残部依附了据守虎牢的裴仁基。后来，隋炀帝命令裴仁基镇压瓦岗军，但裴仁基遭到监察御史萧怀静的构陷，遂率领部队向瓦岗军投降，至此，罗士信和秦琼正式成为瓦岗军将领。
瓦岗军内讧，李密杀掉翟让，成为瓦岗军实际头领后，手下更是猛将如云，比如秦琼、程咬金、罗士信、裴行俨、单雄信、徐懋功等等。颇有才能李密快速壮大瓦岗军,在鼎盛的时候曾经以"四海盟主"之名, 这个盟主之名还是连占据了隋朝首都大兴城的李渊带头推戴, 但李密击败宇文化及后，开始李密骄傲自满，不再体恤将士，府库中没有什么积蓄，甚至打了胜仗李密都不把战利品分给将士们，使得瓦岗军将领离心离德, 贾闰甫、徐世勣、裴仁基相劝遭到李密的疏远；李密反而对贪财的邴元真言听计从。最终与王世充决战战败，罗士信、秦琼、程咬金、裴仁基父子等人全被王世充俘虏，先后归附了王世充,王世充知道罗士信骁勇善战，对他封赏深厚，还与他同吃同睡.王世充击败李密，得到邴元真等将领，都拜为将军，从此不再唯独重视罗士信，罗士信以此为耻。
公元619年,唐武德二年，王世充命罗士信攻打谷州，罗士信趁机率部千余人归降唐朝,在秦王李世民账下听命。李世民东征王世充，罗士信屡立战功，枪刺王玄应，智取千金堡，随李世民平定洛阳，进封绛州总管、剡国公。
