由于隋炀帝出兵高丽、镇压各地的造反者，不能不继续重用李渊。在大业十三年（617）以前，李渊政治上仍然忠于隋炀帝，尽心尽职。到了大业十三年，他被任命为太原留守，情况发生了逆转。因为，就在这一年，他在太原开始谋划起兵。从此，李渊走上了一条新的发展道路。太原古城壁建国立制：奠基大唐
李渊从太原起兵进入关中，一路军纪严明、宋刻唐长安城残碑秋毫无犯。占领隋朝旧都大兴城（即长安，今西安）以后，更以高超的政治手腕与政治谋略展示出一个新王朝开创者的风采。
占据长安，建立唐朝在李渊强大的政治攻势和军事打击下，防守长安城的隋军很快土崩瓦解。李渊大军占领京师以后，“封府库，收图籍，禁掳掠”，为稳定局势，立即出城驻扎，完全仿效当年汉高祖刘邦入关“约法三章”、占据咸阳以后还军灞上的做法。李渊也严明军纪，“与民约法十二条，悉除隋苛禁”，在政治上完全占据了主动。
李渊按照既定的政治思路，首先立代王侑为新君，历史上称为隋恭帝，改大业十三年为义宁元年，遥尊隋炀帝为太上皇。这实际上是李渊从政治上确立了代王为正统，取消了早已失去民心的隋炀帝的正统地位，为自己后来的改朝换代提供了便利。特别是次年三月宇文化及发动江都兵变杀死隋炀帝以后，此举的政治意义就越发凸现出来。隋朝末年，不仅有很多的割据者称帝称王，隋朝宗室也有宇文化及在江都（今扬州）拥立秦王浩为帝，东都洛阳王世充所立的越王侗（皇泰）等。群雄逐鹿，李渊在长安立代王，当然也就是另树一帜了。
唐长安城下水道铁闸门义宁元年（617）十一月十五日，李渊迎13岁的代王侑即皇帝位于大兴殿。李渊被授为都督内外诸军事、大丞相，进封唐王，总理军国机务。以大丞相赞辅国政，其实是汉魏以来权臣夺取军政大权的一贯做法。远的像曹操篡汉、西晋司马氏代魏的故事不说，近世隋文帝杨坚的代周，也和此时李渊的身份没有两样。这样做，尽管也是掩耳盗铃的做法，但是用他自己的话说：“虽失意于后主（杨广），幸未负于先帝（杨坚）。”就是说，虽然背叛了隋炀帝，他也不想落个臣子谋篡的恶名。既不失忠义，还能够实现改朝换代，当然显示出李渊的政治才干。
义宁二年（618）三月，代王侑以李渊“功德日隆，天历有归，欲行禅让之礼”，朝廷大臣也劝他顺水推舟。但是，由于当时李渊感觉时机还不成熟，没有答应。后来，裴寂等率群臣二千人又三番五次劝进，李渊仍然态度坚决。一直到了五月，他才假装勉为其难，同意正式即位。
唐长安城青龙寺遗址出土的石灯台残段义宁二年（618）五月二十日甲子，李渊在太极殿正式登基，因为其封爵为唐王，故改国号为“唐”，仍然定都长安。隋义宁二年为唐武德元年，代王将皇帝的宝玺交付李渊，自己逊居旧邸。
从此，中国历史进入到大唐帝国。李渊作为唐帝国的开国之君，历史上称之为唐高祖。
荡平群雄，统一全国李渊建国以后，面对的是群雄逐鹿的混乱形势。隋末各地掀起的农民起义军基本上形成了翟让、李密领导的瓦岗军，河北窦建德、刘黑闼和江淮地区杜伏威、辅公祏等几个中心，其他各地的割据者大多是隋朝的官吏或者是地方豪霸，有的依附突厥，有的独占一方。这样一来，实现全国统一就成为李渊建国以后的头等重要任务。
为了巩固和稳定关中，李渊首先迫使河东（今山西永济）的隋朝大将屈突通投降，既而又用兵平定了在金城（今甘肃兰州）的薛举、薛仁果（一作杲）父子，时在武德元年（618）十一月。很快，第二年四月，在河西凉州（今甘肃武威）称帝的李轨也被俘虏。巩固了关中根据地，李渊以皇帝的身份传谕郡县，发布政令，依靠政治手段招纳很多地方的隋朝官员归附。对于那些依然拥兵与之抗衡者，自然还是发兵征讨。
武德二年（619）四月，刘武周及其部将宋金刚联络突厥兵马，攻陷李元吉留守的太原，继续连兵南攻。李渊命令李世民率兵反击，大败宋金刚，降其骁将尉迟敬德，刘武周兵败逃到突厥被杀。这样，不仅稳固了太原和河东地区，也解除了关中左右两翼的威胁，唐朝中心地区更加稳固。
于是，李渊又把注意力转到中原。也就是要消灭洛阳的王世充和河北的窦建德。洛阳王世充本来是奉隋炀帝之命镇压李密瓦岗军的，李密兵败投降唐朝，李密手下的谋士和勇将也多随之归附，王世充便自己在洛阳称帝，国号郑。唐朝军队与洛阳王世充和河北窦建德的交战最是惊心动魄。武德三年（620）七月，李世民奉命率军东进洛阳，唐朝时期的名将如李世勣（徐懋功）、程知节（程咬金）、秦叔宝（秦琼）、尉迟敬德（尉迟恭）等均参加了这一战役，最终俘获了王世充和窦建德。武德四年七月，窦建德的部下刘黑闼复又再起，次年称汉东王，联络突厥进攻山东，武德六年初，也被镇压。
唐彩绘涂金着明光铠武士俑武德四年，李渊命大将李孝恭和李靖消灭了割据长江中游江陵的萧铣（建国号梁、年号鸣凤）和豫章的林士弘（国号楚、年号太平），既而又经略江淮及东南地区。
李渊荡平群雄，是以巩固关中为战略出发点，首先平定了河陇与河东，稳固了唐朝的根本，然后进兵中原和长江中下游及周边地区，到武德七年（624），除了朔方的梁师都（国号梁、年号永隆）依附突厥（始毕可汗封他为大度毗伽可汗，即解事天子）继续与唐朝作对威胁着关中和长安以外，基本实现了全国统一。应当说，他的儿子李世民在统一战争中直接统率大军，冲锋陷阵，发挥了极其重要的作用，功绩卓著。但是，李渊仍然是统一战争的直接部署和筹划人。他不仅听取有关前线战场的情况报告，而且也直接决定战役的进展。对于不少战役的作战意图与部署，他都有直接的命令。换句话说，李渊是全国统一战争的最高指挥者。
李渊曾经对儿子们说过：“皇帝这个位子，可不是谁想坐就可以坐，也不是谁想坐就可以坐稳的。特别是创业之君，更是如此。从来没有无功而可以得帝王者。我生自公宫，长于贵戚，后来典长州郡，从来都是衣食无忧，笙歌晏乐。过的都是欢娱的日子，饥寒的滋味、下贱的劳役，都是听见而从来没有亲历过；艰难险阻是怎么回事，也都是耳闻而已。”所以要儿子们不能只知道吃喝享受，要学会历经苦难、栉风沐雨，不知懈怠才可以成就帝王的奠基大业。李渊以所谓“霸王之才”，基本完成了统一大业，所以当时对他就有“拨乱之主”的评价。这是他能够称为大唐帝国奠基者的重要理由。唐朝的统一，是秦汉以来中国历史的又一次真正大一统的开始，高祖李渊功不可没。
革命维新，设令定律国家政治制度方面，最初基本上是沿用隋朝旧制，并形成了中央以三省六部为主体、地方州县两级区划的行政体制。中书、门下两省负责诏令的起草和审核，尚书省负责以所辖六部衙门落实执行，三省长官都是宰相。不过，在武德年间，担任尚书令的李世民因为长期统兵在外，基本上是以专门为他设置的天策上将府和所领的陕东道行台为实体。“随时署置，务从省便”是这一时期的特色。到武德七年，由于统一战争基本结束，国家体制才以“令”的形式固定下来。
建国初，李渊还积极着手法律建设。他令裴寂、刘文静、殷开山等人在隋《开皇律》的基础上修订律令，即《武德律》，重要的思路就是“尽削大业所用烦峻之法”，废除了隋朝大业年间的酷刑，“务在宽简”。他后来的继承者在修订法律时也基本上是延续了这样的思路。现存的《唐律疏议》作为我国古代法律的集大成者，被誉为中华法系的代表，其蓝本正是《武德律》。
唐“开元通宝”铜钱武德二年二月，初定“租庸调”法，到武德七年又加以完善，规定租赋以外不得横征暴敛；并且继承和发展了隋朝的均田制，受田者纳税，不受田者不纳税。武德四年铸“开元通宝”制式钱币，“轻重大小最为折中，远近便之”，这既表示其开国，又统一了货币，在货币发展史上具有重要意义。
此外，他还兴科举、办学校，培养和选拔人才。李渊建国后，在天下大乱、百事待举的形势下，经过艰苦的工作，在政治、经济、法律等各方面进行了制度建设，取得了一定成效。武德七年定令，是唐朝国家体制确立下来的重要标志。所有这些，不仅逐步实现了在国家制度建设上的拨乱反正，也为他的后继者太宗的贞观之治打下了基础。
鸟尽弓藏，诛杀功臣与历史上的所有帝王一样，在维护其政治地位和统治稳定方面，李渊也暴露出他残暴专横的一面。李渊称帝后，尽管常常引贵臣共榻而食，与臣下均席而坐，并美其名曰不忘“宿昔之好”，但他一时一刻也不曾忽视对大臣的防范。
武德二年（619）二月诛杀刘文静一事就很能说明这一点。
刘文静是隋末唐初的风云人物，为李渊建国立下汗马功劳。刘文静与李世民、裴寂等曾因功得免死的待遇，并担任门下省纳言。但他自恃功高，不满自己的地位而心生怨望，招致李渊的忌恨。当他弟弟刘文起请巫师行厌胜之术（古时一种巫术，谓能通过诅咒制胜，压服人或物）被人告发时，李渊就借机把他一起逮捕下狱。尽管李世民和一些大臣都据实力争，李渊也充耳不闻，最终以谋反罪杀之，并籍没其家。刘文静临死前把这一切归于“高鸟逝，良弓藏”，说明了李渊作为大唐帝国的创业垂统之君，与历史上任何一个王朝的奠基者没有本质的区别。
交付皇位：做太上皇
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