王世充雖準備乘李密軍隊疲睏對其發起進攻，但又恐人心不一，再次導致戰敗，於是在苦思多時後，想到了一個良策。
這天，左軍衛士張永通謊稱三次夢到周公，說周公宣意於王世充，應該統帥軍隊互相協助打擊敵人，各軍不得有二心。
王世充於是建周公廟，每次出軍作戰，都先祈禱。
之後，王世充又命巫者宣稱周公準備命他率兵迅速討伐李密，肯定會立大功，否則士兵都會染上疾病死去。
王世充的士兵很多是楚地之人，相信王世充所宣稱的這種妖言，故而都紛紛請求出戰。
王世充於是簡練挑出精銳，得兵二萬餘人，馬二千多匹，於九月初十出東都，出兵攻打李密，幡旗上書“永通”二字，軍容甚盛。
九月十日，王世充自洛水南至偃師，駐營於通濟渠南岸，在渠水上搭設了三座橋樑，準備渡渠進擊。
李密聞王世充帶兵前來，留親信王伯當守衛金墉城（其時，李密長史邴元真、司馬鄭虔象守洛口倉，裴仁基與長史鄭頲守偃師），自己帶領精兵去偃師，以邙山爲屏障等候王世充的軍隊。
李密召集各位將領會議，商討應敵之策。
裴仁基道：“王世充率領他的全部軍隊到這兒，洛陽必然空虛，我們可以分出兵力把守王世充軍隊要經過的要道，使他不能再向東前進，另挑選三萬精兵，沿黃河向西進逼東都。王世充回軍，我方就按兵不動；王世充再次出軍，我方就再逼東都。如此則我有餘力，而彼卻疲於奔命，兵法雲：彼出我歸，彼歸我出，數戰以疲之，多方以誤之也！”
裴仁基這個應對策略，可以說是深諳兵法要旨，算得上是上策了，然而李密卻似乎不以爲然。
李密道：“公知其一，不知其二。現在東都的軍隊有三個不可抵擋：器械精良，這是一；決計而來，這是二；糧盡求戰，這是三。我只要按甲蓄力以觀其弊，彼求鬥無門，欲走無路，不出十天，王世充的頭就可以到我們手中了。”
李密的應對之法，也算良策，與裴仁基之策可以說是各有千秋。
然而，陳智略、樊文超、單雄信等人卻都請戰道：“王世充的士兵少得很，又好幾次打了敗仗，都已經嚇破了膽。《兵法》說，‘倍則戰之’，何況我方兵力不止是其一倍！況且剛剛來歸附的江淮人士，正希望乘此機會一展身手建立功勳，趁他們的銳氣利用他們作戰，正可以成功。”
於是衆將領大聲表示贊同，想打的佔十分之七八。
若此時李密能堅守己見，或是採用裴仁基所建議之策略，皆足以制勝王世充。
但是，李密性格中的“果決”似乎並不完備，比較容易受別人的意見影響，當初他一開始的時候並不想殺翟讓，但受房玄藻等人稍一勸諫，便即狠下殺手，以致人心不附……
此時，李密見衆將紛紛請戰後，又再一次變得搖擺不定了，最後覺得難違諸將之言，而決定從之。
裴仁基苦苦爭辯卻不能說服衆人，敲着地嘆息道：“在座的各位以後一定會後悔今天的決定。”
魏徵對長史鄭頲道：“魏公雖然屢次打了勝仗，但是精兵驍將傷亡很多，戰士心身很疲倦，有這兩點很難應敵，況且王世充缺糧，志在決一死戰，很難和他爭戰以決勝負，不如挖深壕溝，加高壁壘以拒敵，過不了十天半個月，王世充糧食吃完了，必然自己退兵，那時再追擊他，沒有不勝的。”
鄭頲道：“你這話不過是老生常談罷了。”
魏徵道：“這是奇策，怎麼說是老生常談！”說着拂袖而去。
李密分派單雄信帶領外馬軍駐紮在偃師城北，自己則與其餘的將領帶領內馬軍在北邙山上紮營。
十一日，王世充派遣數百名騎兵渡過通濟渠攻打單雄信的營寨，李密派遣裴行儼和程咬金援助單雄信。
裴行儼率先奔赴戰場，中流矢墜馬，程咬金救起裴行儼，以馬槊挑翻數人，抱着裴行儼騎着一匹馬返回，但因兩人共騎，馬跑得稍慢，最後被王世充的騎兵趕上，長槍直刺過來，程咬金返身折斷了刺來的長槍，又殺了追趕的人，和裴行儼一起脫身。
恰好天色暗了，雙方這才各自收兵回營。
這一小戰，李密手下的猛將程咬金、裴行儼、孫長樂等十幾人都受了重傷。
李密因剛剛打敗了宇文化及，且有多次打敗王世充的經歷，有些屢勝而驕，故而對王世充較爲輕視，於北邙山設營寨時，沒有建防禦敵人的圍牆。
小勝李密一場的當晚，王世充派二百多騎兵夜裡秘密進入北邙山，埋伏在山谷中，命令士兵喂好馬匹吃飽飯，養精蓄銳以待戰機。
十二日清晨，王世充軍準備出擊，他激勵全軍將士道：“今天這一仗，不僅僅是爭勝負，生死之分，在此一舉。如果勝了，榮華富貴自然不在話下；如果敗了，一個人也逃不了。我們爭相赴死，不單是爲了國家，更爲了自己，各宜勉之！”
天亮後，王世充帶兵逼近李密軍營，李密這時才發覺，倉促出兵應戰，還沒來得及排好隊，王世充就放兵攻擊。
王世充的士兵都是長江、淮河流域的人，剽悍勇猛，出入十分迅捷。
王世充又再事先找到一個長得很象李密的人，捆起來藏好，待雙方戰鬥正激烈時，讓人牽着面似李密之人通過陣前，大喊：“我軍已經捉住李密了！”四周的士兵聽後，都大呼萬歲，李密軍的軍心頓時大跌，士卒奔走。
就在這時，王世充前一夜埋伏在山谷的騎兵，這時也蔽山而上，潛至北原出擊，從高處疾馳下來，由於李密未設營牆，騎兵毫無阻攔的衝入李密軍的營地，又因爲程咬金等猛將均受了重傷，所以這時營中沒人擋這些騎兵，這些騎兵即四處放火焚燒房屋。
於是李密軍大驚而潰，將領張童仁、陳智略等都投降了王世充，李密則帶着一萬多人逃往洛口。