首征河西的胜利，让李渊下定了攻占长安的计划。大举进军长安中攻到霍邑，遇劲敌宋老生，李渊亲自督 统，派李建成佯攻，引宋老生出城，后李建成与父亲挡敌军正面，李世民与段志玄领兵从后面袭击，赢得了战役的胜利。在此次战役中，李世民不在是李建成的副手，开始在军事上崭露头角。
面对护卫长安隋军主力屈突通部，李渊分兵两路，一路由李建成、刘文静率领继续与屈突通相峙，一路由 李世民跟着李渊亲率大军西向进军，切断了屈突通河东军队及长安部队的物资供应，奠定了兵占长安的基 础。在进攻长安时，李世民在李渊族弟李神通、女儿柴绍妻( 即后来的平阳公主) 的积极配合，说服了史万宝、何潘仁、李仲文( 李密叔父) 、向善志、丘师利等，李世民的组织能力开始发挥作用，其势力开始发展壮大。
李建成与屈突通部对峙时候，李建成派统兵王长谐率兵袭击并斩杀了刘纲，占据了都尉南城，屈突通不得 不退守都尉北城。李渊接到战报高兴地说："屈突通向西不能前进，向东没有退路，只得观望长安的战局 变化才能采取下一步行动，我们已经不必再顾虑他了。"于是命令李建成从永丰仓的驻军挑选精兵，取道 新封奔赴长乐离宫。
在攻克长安时候，李建成选领护卫永丰仓精锐之兵驱长乐宫，李世民扎长安城北，李渊则亲率大军在长安 城东春明门安营，这样从西、北、东三面合围长安。
最先攻入长安的也是李建成部下雷永吉队伍，长安之役头功也在李建成方面。
