但是，屈突通等将领却反对，他们认为去虎牢关会腹背受敌，应该先退守新安，再寻机而战。
太宗皇帝最后决定道：“王世充粮草已将用尽，内外离心，我们就应当坐收余利，不必劳师动众去攻击。而窦建德则将士骄横兵卒懒惰，我们必须进占虎牢，扼守险要之地。窦建德如果要和我交锋决战，一定能一战取胜，如果他们畏缩不战，那么王世充十日之内必然溃败。假若现在不速战速决，让窦建德占据虎牢，那刚归降的各城就又法守卫，我军就很难再有现在的良机取胜了。”
太宗皇帝最终还是采纳了薛收的意见，他命令屈突通和齐王李元吉继续围困洛阳，自己则率领精锐骑兵三千五百火速奔袭虎牢，历史上有名的虎牢之战正式开始了。
太宗皇帝领兵到达了虎牢关，亲自东进二十里侦察敌情，窦建德法进军，只好就地筑垒固守。此后，窦建德军队几次作战失利，将士思归心理日益加重，军心开始涣散，而运粮道又遭到了突袭，大将张青也被俘。这时，部下建议，渡河攻打怀州，再向西穿越太行山，趁虚攻占上党，然后再南下，占据河东的广大地区，不但能占疆土补充兵力，还能威胁关中，从而迫使唐军退兵自救，洛阳之围不攻自破。但窦建德一心想找唐军决战，根本听不进去，反而说这是书生之见。
五月，太宗皇帝渡河，在黄河北岸牧马，并留下战马千匹，给窦建德一种粮草已尽的假象，他本人则在晚上返回虎牢。
窦建德果然中计，觉得有机可乘，他全军出动，排兵二十里击鼓而进，想用气势吓倒唐军。
太宗皇帝登高观望，然后对部将说：“窦建德过险关鼓噪而进，这是毫纪律，临城而列阵，是在轻视我军。我们如果按兵不动，他们的勇气必然渐渐衰退，列阵久了将士就会饥饿疲劳，不攻自退，等那时我们再乘势追击，将战不胜。”
果然不出所料，到了中午，窦建德的军队因为没有开战，士卒又饥又渴，开始争着喝水，很多人坐在地上，没有了开始时的阵形，一副败相。
太宗皇帝看时机已到，便下令攻击，此前已将战马悄悄赶回，军令一下，全军以排山倒海之势冲向敌军，窦建德大败，自己也中了枪伤，后退途中被唐军俘虏。
窦建德一败，洛阳的王世充成了惊弓之鸟，想突围又遭到众将的反对，只好开城投降。
窦建德被押送到长安之后，李渊将他处死，结果使他的部将又起兵叛『乱』，刘黑闼恢复了窦建德原有的地区，太宗皇帝又领兵将其击溃。
太宗皇帝指挥作战有他的一套谋略，后人给他总结了一些经验，从这些经验里可以看出他过人的军事才华。
第一，坚壁挫锐，这是杜佑在《通典》中为他总结出来的。在浅水原一战，就用这种战术挫败了刘武周。内容主要是坚壁对垒，搞持久战，拖住敌军，然后寻机歼敌。
第二，是准确利用骑兵，在敌后反击。在两军相持的时候，由精锐骑兵猛冲敌阵，特别是在敌人败退时，用骑兵火速追击，力求全歼，不给敌人喘息休整的机会。在虎牢之战中，大战正酣时，太宗皇帝率领秦叔宝等大将在敌阵后突然猛攻，高举旗帜来回冲杀，窦建德军一见，立刻溃不成军。
第三，勇追穷寇。在追击宋金刚军时，唐军日夜行军二百里，将士疲惫不堪，连总管刘弘基也劝阻休整之后再追击，太宗皇帝却说：“乘胜逐之，破竹之义也。”接着继续追击，又大破敌军。如果自己休整，就等于给了敌军逃跑的时间，给以后攻城留下后患。
第四，亲自侦察，部署作战计划。太宗皇帝每次作战都要亲自到前沿侦察，深入到敌营附近，获取真实的情报。有一次，太宗皇帝被王世充的骑兵包围，等突围回来时，尘土蒙了一脸，连卫兵都认不出他来了，正想阻止，太宗皇帝将甲胄脱了下来，这才认清是谁。后来和窦建德决战时所使用的牧马之计便是在实地侦察之后部署的计划。
其他方面的经验也有很多，特别是作战时身先士卒，休息时与将士同吃同行，同甘共苦，起到了鼓舞士气的作用，这对于战役的胜利至关重要。在追击宋金刚军夜宿时，太宗皇帝已经两天没有吃东西了，甲胄也有三天没有解了。将士都很疲劳饥饿，但当时只有一只羊，太宗皇帝也要和将士们同吃，这时将士感恩不已，在追击时个个争先。
太宗皇帝的军事才能在十六岁时就崭『露』头角。《新唐书》记载，北巡的隋炀殿广，被突厥始毕可汗突袭围在了雁门，四十一座城池沦陷了三十九座，没办法，只好写下诏书投入南去的汾水中，希望能有人前去救援。年仅十六岁的太宗皇帝这时刚投军不久，是屯卫将军云定兴的部下。在准确地分析了敌我形势的基础上，向云定兴提出了增援建议：目前敌众我寡，不宜直接投入战斗，可在白天遍『插』旌旗，夜里紧擂战鼓，威而不发，形成大军压境之势以『迷』『惑』敌军。突厥果然上当，雁门之围不战而解。
这正是《孙子兵法谋攻篇》中说的“不战而屈人之兵”。一个十六岁的孩子用兵能到如此水平，真可谓是军事天才！
善用兵法，是太宗皇帝的显著特点。他总是以弱敌强出奇制胜，或以强吞弱稳『操』胜券，其