大业十二年（公元616年），张须陀战死。罗士信在大哭一场之后，辗转前往王世充麾下效力。不过后者唯利是图的本性让罗士信反感不已，后来王世充派罗士信进攻谷州城，罗士信便趁机投奔唐军麾下。对此，唐高祖李渊甚为惊喜，"上闻其来，甚喜，遣使迎劳，赐帛五千段，禀食其所部。"对于降将，这样的待遇不可谓不高。
加入唐军以后，李世民对于罗士信的勇猛也十分赞赏，将其视为心腹将领，带领他四处征战。在讨伐王世充之时，罗士信攻取硖石堡、进围千金堡，立下赫赫战功，进封绛州总管、剡国公。武德五年（公元622年），罗士信跟随李世民征讨刘黑闼。在罗士信镇守洺水城之时，由于援兵迟迟未到，罗士信力战不敌，最终被刘黑闼擒杀，时年二十三岁。
