但李建成没有想到，周绍范虽然在太子府任职，他其实是秦王李世民的人。就这样，当李建成和李世民水火不容的时候，李世民以周绍范为内应，在玄武门设下埋伏，这一招，直接让李建成殒命。
李世民登基后，参加玄武门之变的众人，都被委以重任。例如，长孙无忌被封为左武侯大将军、齐国公。周绍范也不例外，周绍范被李世民封为左卫将军、宜春县公。不久，周绍范被任命为检校殿中监事，作为李世民的机要"大秘书"。当时，李世民的"大秘书"有两人，一人是周绍范，另一人就是房玄龄（时任左仆射）。《资治通鉴·唐纪十》中记载：
上行幸，常令范与房玄龄居守，范为人忠笃严正。
意思是：唐太宗李世民经常外出巡游，让周绍范和房玄龄一起留守京城。周绍范为人忠诚、正直。可见李世民对周绍范的信任。
李世民刚刚登基时，突厥的颉利可汗突袭长安，当时唐朝大军都不在长安，李世民带着6个人来到渭河边，唱了一出"空城计"，然后和突厥达成"渭水之盟"。李世民带的6人（六骑）就包括房玄龄、周绍范、高士廉、萧瑀等人。
