這使得王世充帶着四萬人馬出擊後，一時間所向披靡，無人能阻，李密的中軍於是亂作一團。
李密見形勢不妙，只好下令全軍撤退，大敗而逃，李密帳下素有智謀的柴孝和在渡洛水的時候淹死，李密率部下的精銳騎兵渡過洛水向南而逃，其餘的大部人馬則向東逃到月城。
王世充以爲李密也是逃往了月城，便率衆往東追擊，最後包圍月城的軍隊。
李密狼狽之極的逃離追兵後，於荒郊上稍作休息，房玄藻等謀士都勸李密回洛口倉重新振作旗鼓。
李密搖了搖頭，他自從上瓦崗以來，可謂百戰百勝，從未有過敗績，這時實在不甘心始敗於王世充之手。
李密大軍別看有數十萬人馬，但組織是相對比較鬆散的，十分的依賴李密的個人威望來維持，如果此次就這樣大敗於王世充，對李密的個人威望影響是巨大的。
李密向旁人問道：“王世充這廝現在在何處？”
左右回答：“在圍攻月城。”
李密雙目放光，已想到了反敗爲勝的對策，哈哈大笑了一聲，帶着殘部人馬從洛水南岸策馬直奔位於黑石的王世充後方軍營。
王世充軍營中的守軍驚恐，接連燒了六次烽火以報警，王世充無奈的撤了月城之圍，狼狽地回救自己的軍壘。
李密又重新調度人馬與王世充交戰，他這時再不敢小覷王世充，與之穩紮穩打，小勝數場，斬獲首級三千餘，不過卻始終無法將王世充的大軍擊潰，於是雙方戰事便這樣陷入了膠着之中。
九月二十七日，李淵命令各軍開始進攻長安城，並向軍民規定道：“不得侵犯七廟和代王、隋朝宗室，違令者誅滅三族！”
大軍攻城的第二天，西京留守、右候衛大將軍衛文升病逝，享年七十七歲。
衛文升之死對隋軍的士氣打擊是很大的，他自從楊廣第一次徵遼返回後，便開始鎮守長安，在仍能處理事情之前，屢次率軍擊潰四方叛軍盜匪，在長安隋軍中有很高的威望。
近兩年來，衛文升雖病重得不能下牀，無法處理政務，但只要他沒死，便能如定海神針一般支撐着隋軍士氣的作用，但此時衛文升一死，長安隋軍的士氣立即跌到了谷底，而此時主持長安軍政大事的陰世師、骨儀，都只是酷吏，並不足以服衆。
所以長安城雖爲現在天下僅次於東都洛陽的堅城，但無論怎麼看，都讓人有搖搖欲墜的感覺。
大軍攻城五日後，李淵正意氣風發的將手中的一封信放下，向李建成、李隱和李世民三個人笑道：“我軍只攻打了五天長安城，城中官吏富商便紛紛投書求降，這長安城恐怕用不了幾日就能爲我所有了！”
李隱與李建成、李世民三人聽後，臉上也是難掩欣喜之色，只要將長安攻破，那他們李氏變國爲家的願望就將不是夢了。
自西魏宇文泰以六鎮精兵奠定北周立國的基礎以來，關隴門閥的勢力便一直十分強大，從北周到隋朝，朝代雖然變了，但這些盤根錯節的門閥勢力卻未變，所以對這些門閥勢力而言，他們並不怎麼關心誰坐在龍椅上，他們只關心坐在那個位置上的人，是否符合他們的利益。
李淵作爲隴西李閥之主，無疑是這個亂世之中，最適合關隴門閥利益的人物之一，所以他一入關中，纔會如此的受到百姓高官的夾道相迎，無數城池郡縣紛紛歸降。
而此時李淵親率二十多萬大軍圍攻長安，在關隴門閥的人看來，自是李淵越早進城來越好了，免得戰事拖久了之後，損害到他們的財產。
於是，原本因衛文升之死而士氣低迷的長安隋軍，又在城中各方的影響下，更加的無心抵抗了。
十月初八，被李隱勸降的馮翊郡最大叛軍首領孫華中流箭而死，但並沒有對李淵軍的攻城士氣有任何影響，反而激發了李軍的鬥志，城攻打得更猛了。
十月初九，李隱軍中的軍頭雷永吉率先行登上長安城牆，隨後蘇定方指揮大隊人馬跟上，在城牆上站穩了腳跟，率先打開了長安的大門，李隱於是指揮大軍浩浩蕩蕩的殺進了這座意義重大的城池。
代王楊侑在東宮，他身邊的人聽聞李淵大軍進了長安城後，都爭相奔逃潰散，只有侍讀姚思廉侍立在楊侑身旁。
楊侑現年十二歲，他知道這時東宮已被李淵軍包圍，逃跑已是來不及，便沒做無謂的掙扎，只頗爲感慨的向姚思廉道：“沒想到最後留在本王身邊的，卻是隻有姚侍讀，真是爲難見忠臣啊！”
姚思廉長得一副賊眉鼠眼的模樣，他這時大表忠心道：“代王放心，思廉定拼了性命，也會護你周全。”
李隱最先帶人進入長安城，自然也是最快帶兵包圍東宮的，東宮尚有軍士護衛東宮，李隱正要指揮軍隊與那些隋軍交戰，姚思廉卻忽然走出來向隋軍護衛厲聲斥責道：“唐王興舉義兵，扶助帝室，你們不得無禮！”
隋軍軍士們都愕然，但因爲見姚思廉是從代王身邊走來的，便以爲這是代王的命令，於是都在庭院中排列站立，不再抵抗，李隱於是兵不血刃的控制了東宮，等候李淵的到來。
李淵很快到了東宮迎奉代王楊侑，把他遷居到大興殿後面，讓姚思廉扶着代王楊侑到順陽下，李淵流淚跪拜而去。
李淵返回，住在長樂宮，與百姓約法十二條，將隋朝的苛政酷令全部廢除。
李淵起兵後，陰世師、骨儀等留守官挖了李家的墳墓，還毀掉了李家的五廟。
十一日，李淵將陰世師、骨儀等人抓起來，歷數他們的貪婪苛酷，以及抗拒義師的罪行，將他們全部處死。不過爲了安撫人心，除了處死的十餘人，其餘的人均沒有追究。
至此，李家便正式控制住了西京長安，這座無論是政治、經濟、軍事戰略都極爲重要的城池，成功入主關中。