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九月底，在接到李世民的报告后，李渊大喜，他估计屈突通南下无法向西，不足为患，于是令李建成挑选永丰仓的精兵从新丰直趣长乐宫，又为在潼关阻击屈突通的刘文静军增加了上万援兵。然后他率军紧随李建成之后，经下，过栎阳向长安进发，沿途后主所置的一切行宫、园苑都被他下令散掉，宫女全部放出，还给他们的父母亲戚。在蓝田，他的二女婿左亲卫段纶又带了一万多义军归附了大军。
冬十月四日，李渊进至灞上，停在大兴城春明门的西北，与李建成和李世民各自率领的总共二十多万大军会合了。三姐见到了父亲，父女俩乐开了怀，在围城的大军中，她与柴绍各置幕府，独立成营，人们将她的队伍号为“娘子军”。
李渊下令各军住在军营壁垒里，不准进入村居，更不准骚扰、侵犯民众，要把秩序维持得像没有打仗时那样平静祥和。李渊多次派遣使者到城下向卫文升等说明，义军来这里，是志在“尊隋”，望城中人不要做无谓的抵抗。城中人从来不作回应，只是不断地加固防守。
李渊一直在郊外等待着城中的回音，军队隔着长安几十里驻扎，没有进逼城下。这样过了七八天，众将领纷纷前来对李渊说：“京城不开门投降，是隋运将亡的征兆。上天既然要它灭亡，不是哪个人能够扳得回的。现在这么多军队驻着，每日都要白白浪费多少粮食，一直等着他们出来投降，恐怕也不是长久之计啊。不如围攻一下，给城里施加一些压力，看他们究竟如何反应。”
李渊说：“如果义军进城，刀兵戳在宫阙上，飞箭射在代王的黄屋上，人家将怎么说我呢？”
“自古没有周成王那样的明君，就行不得周公之事。”众将领回答说，“万一有狡悍的强人，知道义兵已经平定关中了，前来争夺京师，哪可就麻烦了，请太尉三思。”
李渊心中仍然犹豫，没有作出最后决断。
那些关中新附义军头领们，因为没参加太原起义，还没立下大功，怎愿意放掉眼前的机会，于是不等李渊下令，干脆自作主张，率领所部兵马，从不同的地段逼近长安城。李渊害怕他们失手，于十月十四日急忙下令李建成、李世民率大军赶上前增援。全军就这样混乱地开了上去，逼近长安城下，把它团团围住。李渊简单地分了工，长安城的东面、南面由李建成负责攻打，西面、北面由李世民负责攻打。城中隋军见几十万人马铺天盖地地压上来，吓得不得了，却也没有任何办法对付，只有把希望寄托在屈突通和东都前来救援上。
十月十七日，关中新附义军头领们又请求率领敢死队先行登城。李建成和李世民二人怎么拦都拦不住。这时李渊正在春明门外，听到消息后骑马赶来，在罗郭安兴坊住下，亲自弹压众将领的无纪律行为，他甚至有点生气了。
当接到长安告急的军书后，屈突通将军全身都飘起了火焰。京师即将陷入贼手，我这里精锐兵力居然被隔在几百里外的潼关，这也太对不起皇上了，我是怎么为他保卫京师的哟。老骨头该在这个时候抛出去啦。他找来了老战友虎牙郎将桑显和，两人对着地图，反复推敲，定下了一个孤注一掷的偷营计划。他把军中精锐全部选拔出来，让他们吃好睡好，做足各种准备，然后交给桑显和带着，在一日深夜子时，偷偷潜往刘文静的军营实施偷袭。刘文静果然疏忽大意，没做什么防备，被桑显和带的精锐隋军打得晕头转向，死了好几千人。到了天亮，在义军的三座营栅中，桑显和已经攻下了两座，只有刘文静一座被他拼死顶着。刘文静一直坚持在第一线指挥作战，却不幸被流箭射中，义军见主帅站着出来，又横着被抬了进去，心中更加慌乱了。桑显和乘势率军攻入营栅，被窦琮带着敢死队给赶了回去，但桑显和很快又纠集了一批生力军冲进来，重新把栅营给占了。刚刚抬回的刘文静不得不又令卫士把自己抬走。段志玄是太原起义的老军头了，他见形势危急，亲率二十骑实施反突击，把隋军用军刀硬生生刮出栅门，还追上去，顶得远远的，一路杀了几十人才回来，这边窦琮忙着带兵赶修营栅。但就在段志玄转身之后，一支流箭追上了他的脚后跟，一时间真是疼痛钻心。他偷偷把箭拔掉，由于害怕众人心慌，一直忍着不说，等隋军又被桑显和驱赶着围上来，他再次带领百名骑兵和上千名步兵发起反击。这样反来复去，义军的士气渐渐恢复了一些。桑显和军前半夜出发，后半夜开始作战，现在太阳快到头顶，士卒都疲极饿极，既然暂时攻不下这最后的营栅，就先吃饭休息一下吧，于是他命令后队把军餐传上来，让士卒们吃了再战。就这一会儿功夫，躺在担架上的刘文静定下了奇计，他分出部分兵力重新夺回另两个已经丢失的营栅，另派窦琮率数百骑突出重围，假装逃跑，实际上逗一个圈，绕到隋军的背后发动冲锋，一路上见到另两个营栅中被打散的义军，就令他们赶回来参加围攻。当桑显和的队伍吃饱整顿队形准备发动致命的攻击时，窦琮率数百骑出现在他们的后背，挥舞着刀枪猛烈地冲刺，这边三个营栅中的义军见了，大呼着奋勇杀出，前后一夹，桑显和的军阵无法抵挡，像熟鸡蛋一样被挤得粉碎，大部分隋军投了降，少数在原野里没命地乱窜，有些腿长的甚至一气从潼关窜到了武关。桑显和又是孤身一人赤裸着上身逃回屈突通的大营，两位老战友抱头痛哭。
这时候，太尉李渊仍陷在莫名的犹豫中不能自拔，他仍在那里等啊等啊，等着城里的代王率众开城投降。十月二十七日，义军各部争着把所造的攻城器械抬到城墙下，李渊又勒令他们不准擅动。
“自从太原起兵以来，咱们什么时候出现过在一个地方老待着不动的情况哟！”李建成、李世民和裴寂等文武重臣坚决地向李渊请求道，“义军长驱直入，很少有攻不下的城池。
现在到了京师，不早日把它攻下，难道等敌人的援军过来打咱们吗？再说这样也会让那些刚刚归附的人私下里看轻咱们太原的老兵，说咱们胆怯，做不成什么事！这可不是小问题啊，请您速速作出决定。“
“咳，既然是打仗，强弩长枪，我难道会不许使用吗？”李渊叹息又叹息，“我只是希望四方的人都知道，我是迫不得已才攻城的。既然不得不动武，就任你们各位将军按照民众的要求办。”他这是含蓄地答应可以攻城了，但又约法三章：“对于大隋的七庙及代王和一切宗室亲戚，不得有任何侵犯。”他又令立下军令状：“有违反这些规定的，将诛灭三族。”
于是各军在营内大造攀城用的木制斜坡，以及各种攻城战具，云梯一个比一个陡，冲梯一个比一个高。围绕着长安城的竹林树木，几乎全被义军给砍光了，用来制造上述器械。
当刘文静大败桑显和的消息传到军营时，李渊就更放心了。
十一月九日，义军各部自发地逼近长安城墙。李渊听说后立即驰马前去阻拦，却已经来不及了。他才走到景风门东面，便接到前线快报，说李建成部下军头雷永吉已经率先登上了长安城墙，守城的隋军士卒就像土块儿遇水一块一块地崩垮啦。
远远地看去，在广阔的原野上，无数的红旗白旗，一排排的云梯，寒光闪闪的刀枪，像翻过一座山头似地越过了城墙。所有的人都在呐喊，奔跑，像浩浩荡荡的洪水要漫过一处堤坡。
李世民骑在马上，带着一排排骑兵，身后是步兵方阵，向着已经大开的长安西门大踏步走去。遵照父亲李渊的指令，他和哥哥李建成按预先定好的方案，有秩序地开进长安城，拿着图纸实施接管。当白蹄乌踏过西门口，踏进城内第一步，李世民霎时意识到：大隋王朝就这样被大军踏在了脚下，一个新的王朝到来了，它的铁蹄每走一步，都踩下一道刀剑的印痕。
大军入城之后，将府库、图籍一一封存。军法官四处检查，严禁军队掳掠，严防有人趁火打劫。军人不准离开自己的分队四处乱跑，不准互相惊扰。官民都感觉没有受到惊扰，无数的笑声在街道的上空轻飘地飞翔，书生们文不诌诌地说，这完全就像汉高祖刘邦入关时那样啊。
代王杨侑呆在东宫，身边人都跑散了，只有侍读姚思廉陪侍在侧。有义军军士想登上殿，姚思廉厉声喝斥道：“唐公举义起兵，立志尊隋，各位不得无礼！”众军士都很惊愕，立在庭下不敢乱动。太尉李渊入城后，首先赶来东宫，向代王杨侑行跪拜之礼，然后将他迁居到大兴殿，允许姚思廉扶着代王走到顺阳阁下，随后交由义军陪侍。姚思廉哭着向代王行了臣子之礼，依依不舍地离开了。
李渊出了皇城，把军门迁移到长乐宫川上住下了，他向长安民众约法十二条，除此之外，大隋各项苛刻的法令都被废除。
以前，后主规定，凡是犯上作乱者都要发掘他的祖坟，污辱他的祖先。李渊在太原起兵后，阴世师、骨仪等按照这条法令，命令京兆郡寻找到李渊的五服祖墓所在，全给发掘出来，将尸骨抛在野地里。李渊对此非常痛心，每一提及必定流泪。上次李建成和李元吉向太原逃亡时，因为嫌弟弟智云年龄小把他留在了河东，后来当地官吏把智云抓捕，送到了长安。现在已经证实，十四岁的智云当时便被阴世师下令杀害了。李渊和几个儿子为此哭了好一阵子。十一月十一日，李渊抓捕了大隋长安留守大臣阴世师、骨仪、崔毗伽、李仁政等，命李建成将他们斩杀在朱雀街上，卫文升在几天前已经生病死掉了，算是逃过了这一刀。除此之外，一人不问。
不，不对，还有一人，曾经差点儿要了李渊的命，而李渊当时竟然还不知道！他现在躲在长安城里，被人揭发出来了，他就是那位自锁上变、要向后主告发李渊谋反的�