当天晚上，唐军在鼠雀谷西端平原扎营，大家解甲一觉睡到大天光。起来后，第一件事，食物，没有。再次用河水作了早餐。前面几十里地便是介休城，敌人在城里总有吃的，我军空腹饿了两天，不能再向前了。李世民立即派快马赶回催讨粮食，又派程咬金率百名精骑潜往介休城北，严密监视敌军的动向。刘弘基、秦琼则组成了一个购粮队，到附近村庄向百姓买粮。李世民吩咐他们，如果百姓不愿卖，就暂且借一部分，等军粮送到后马上归还。其余将士全都呆在营中，严禁擅自出营扰民，违者军法处置。
在李世民军帐附近，住着几户人家，人们见唐军纪律森严，丝毫无犯，便非常喜欢。一位农妇听侍卫说他们的大王几天没有吃饭，便做了一大盆面条，炒了两个青菜，给李世民端来。李世民要送她银两，她拒绝接受。这以后，每顿她都送来一套粗茶淡饭，直到第二天下午第一批军粮从水路送到为止。
四月二十三日中午，被俘虏了整整四个月的陕州总管于筠从介休城里逃了出来。他向李世民报告，宋金刚在城里也没有粮食吃了，他现在的兵力大约还有二万人左右。李世民判断，敌人既然已经断粮，肯定快要逃跑了。当天下午，他便率大军直趋介休城下，作势即将攻城。为了使敌人军心更加动摇，当天晚上，他令唐军在城墙上的敌军视野所及的村庄乘黑夜用土积成堆子，堆子表面覆盖上一层新到的粮食，做成了几十个这样的假粮堆。第二天，城上的敌军看见唐军竟然建了那么多白花花的粮堆，可以想见是多么恐慌，又是多么眼热啊。
四月二十五日上午，宋金刚打开西门，出来迎战唐军，他背靠城池布下军阵，军阵南北长达七里，摆出了拼死一搏的架势。
李世民针锋相对，也将军阵布成六七里长，他令总管李世、程咬金、秦叔宝率军攻击敌军的北线，翟长孙、秦武通率军攻击敌军的南线。
战斗一开始，敌军果然表现得非常凶猛。唐军交战不利，只好向后退却。敌军乘势发动反击，一波接一波地对唐军发动冲锋。当敌军远离城墙后，李世民和刘弘基率二千名精骑抵达城墙下，转而向敌军后背发动了凶猛的攻击，敌军见陷入腹背受敌的境地，即刻全线崩溃。宋金刚率一部分骑兵向北逃跑，李世民率军在后猛追。
当李世民的骑兵前往追赶逃兵之后，敌人纷纷从西门逃进城内。在混乱中，尉迟敬德竭力保持着镇定，率军抗住李世、程咬金、秦叔宝等人的冲锋，掩护部下有序地退却。秦琼一马当先，所向披靡，冲到了尉迟敬德的面前，却被尉迟敬德率二三十名精骑持长枪拦住，秦琼身后唐军纷纷射箭，尉迟敬德的队伍中不断有人掉下马，但枪林就是不散。秦琼手中的铁锏毕竟太短，只两三个回合，便被几杆长枪戳在他的马头上，他的马惨叫着跳起，将他摔到地上。十几杆长枪猛扑上来乱戳，秦琼挥锏左挑右架，身上好几处受伤，情形十分危急。多亏程咬金拍马来救，众长枪慌忙退却。秦琼换上一名骑兵的座骑，和程咬金再次率军冲锋，却被尉迟敬德指挥弓箭手射来一阵箭雨拦住。在尉迟敬德的掩护下，敌军成群结队地逃进了城内。尉迟敬德最后一个飞驰进城，随后城门一声掉了下来。唐军没有攻城器械，只好把城团团围住。
李世民率骑兵飞速追击宋金刚，一路上不断有敌军投降，但一直没能从俘虏口中问到宋金刚的确切下落，“就在前面！”俘虏们总是说，或者说，“刚才还在这里呢！”每一次都激发起他们的万丈热情，但总是失望，在解决最后一股敌军后，终于失去了宋金刚的音信。这时他们发现前方有一座山寨，近前一看，原来已经来到了离介休城四十里地的张难堡。堡上驻着一支军队，有军士朝上一喊，回话的竟然是唐军！是唐军浩州（西河被大唐改名为浩州）行军总管樊伯通、张德政受太常少卿李仲文之命，在此据堡坚守！堡中唐军多次受到敌军猛烈的攻击，几次差点被攻破堡垒，可谓九死一生。下面的人影告诉他们，是唐军大队到了。可他们不敢相信：唐军还在黄河边上，怎么会来到这里呢？秦王李世民只好上前把头盔摘下，请堡中人辨认。“真的是秦王！我们得救啦！”樊、张二将军颤抖着说，堡中人立即发出一阵欢喜的鼓噪和哭泣，并欢呼着向下奔来。李世民的侍卫陆冲对堡中人喊道，秦王今天还没吃饭呢！于是跑下的人又转身吆喝找食物来。不一会儿，樊伯通、张德政和大群士卒带着满脸欢喜的泪水下来了，向李世民献上了一壶浑浊的酒和一竹扇糙米饭。李世民和身边的将士把酒和饭当作胜利的礼品分享了，随后令樊、张二将军派人通知西河的李仲文，明日率军前来介休城下会合。
李世民回到介休城下，得知今日斩首三千级，抓获俘虏六千人，心中不无遗憾。秦琼告诉他，有不少敌军逃进了城里，为首的正是尉迟敬德，此外还有寻相据守着附近的永安城。众将领忍不住夸奖起尉迟敬德的本领，尤其是与尉迟敬德多次交战过的秦琼，第一个建议将这名骁勇善战的敌将招降过来。秦琼的心底不无遗憾，今日他被几十杆长枪挑翻了战马，弄得十分狼狈，他感到铁锏的确短了些，筹划着改用长枪。
李世民于是派出任城王李道宗和上仪同宇文士及前往介休城内劝降。宇文士及便是弑君者宇文化及的三弟，宇文化及落入窦建德的手中时，他正好在外运粮，见势不妙，便西逃长安，向李渊投降。他和李渊是多年的老友了，而且他的妹妹也做了李渊的昭仪昭仪：皇帝侍妾，为宫中女官第一等。，很受李渊的宠爱，所以他很快又得到了李渊的信任，派他入秦王府参议军事。
经过李道宗和宇文士及的游说，尉迟敬德和寻相表示愿意归降，当日唐军便入城接收。尉迟敬德手下竟然还有八千人。李世民见了敬德，左看右看，眼睛闪闪发光。“早就知道将军武艺高强，今天终于见了面！”李世民笑逐颜开地说。
“我总是被大王打败，真是惭愧之极！”敬德很不好意思。
“不这样，我们哪有机会作同事呢！”李世民戏谑道，众人哈哈大笑，敬德也笑了。
当晚，李世民摆下酒宴，欢庆敬德和寻相加入唐军。酒宴上秦琼和程咬金拉着敬德直劝酒，敬德刚刚过来，还不知深浅，哪敢多喝！李世民当场任命敬德为右一府统军，任命寻相为副统军，两人跪拜谢恩，被李世民拉起。宴散后，李世民令两人依旧统领着他们的八千部下，在秦琼、程咬金的军营旁扎营。
第二天一早，李世民带着侍卫陆冲，骑马来到了尉迟敬德的军营，向各位新战友表示慰问。尉迟敬德奇异地从旁端详着年轻的秦王，眼里闪烁着泪花。
回到军门，屈突通已率后军赶到了。他听说李世民接受了尉迟敬德的投降，还刚刚去了尉迟敬德的军营，不禁大为吃惊，便提醒秦王稍稍留意，以防发生不测。
李世民不以为然地说：“过去汉光武对降将‘推赤心置入人腹’，从而使归附的人们真诚效命。我现在任用敬德，正是要向汉光武学习，为何要怀疑他呢？”
屈突通不再说话，但神色间仍存留着几分狐疑。
这时，有军佐来报，李仲文率坚守西河的将士前来会师。李世民和屈突通高兴地出门迎接，唐军一片欢腾。
下午，李世民率骑兵向晋阳进击。屈突通率步兵随后跟进。
刘武周在得知宋金刚大败的消息后，恐惧之极，连夜便从晋阳逃出，远走突厥。宋金刚返回晋阳，见刘武周已经逃跑，便接管了大权，重新整顿军队，准备抗击唐军，固守晋阳。但是没有人再愿意听从他的号令。宋金刚无奈，只好率一百多名亲信逃向突厥。
李世民率军抵达晋阳城下，刘武周所任命的仆射杨伏念献城投降。被俘的唐俭早已被押送到了这里，他带领投降的官员，将所有的府库先封好，交由李世民接管。李世民入城当日，便派快马驰向长安报捷。
四月二十九日一早，皇帝李渊接到唐军收复晋阳的消息，高兴异常，在太极殿举行了盛大宴会，和文武百官一道庆祝晋阳的光复。宴会后，他向群臣赏赐绸缎，干脆令他们直接进入御府，尽自己最大的力气，能拿多少便拿多少。为了向恩人唐俭表示感谢，他下诏立即恢复唐俭的官爵，还将没收的独孤怀恩的田宅资财全部赏赐给唐俭。
在晋阳，李世民从府库里拿出大批财物赏赐给全军将士。数日后，突厥处罗可汗派弟弟步利设率二千骑兵赶到晋阳。按照两月前大唐与突厥签订的协议，他们未经参战便分享了战果，从李世民那里得到了大量的金银、珍宝和绸缎赏赐。不久，他们和唐国的使者一道，带着几十辆装满了送给处罗可汗的财物的马车返回突厥。
处罗可汗收到礼物后十分高兴，为了表示他信守承诺，他按照盟友的要求，把前来投奔的刘武周和宋金刚软禁了起来。不久，宋金刚打算逃向上谷，被突厥追获腰斩。刘武周治下的州县纷纷上表向大唐投降。
五月中旬，李世民率唐军返回长安。立下了大功的李仲文被李渊任命为并州总管，他率军向刘武周的余部发动攻击，迅速平定了一百多个边域城堡。后来，处在软禁状态的刘武周暗中计划逃回马邑，事情泄露后，他被突厥人斩杀。
在夏县，吕崇茂的部下继续坚守着县城，拒不向大唐臣服。五月二十日，正在班师回朝途中的秦王李世民率大军从晋州抵达夏县城郊，一举将夏县攻克。在李世民的指令下，唐军将全城军人和民众——无论老少——一律斩杀。
五月二十九日，秦王李世民回到长安。
皇帝李渊听儿子详细讲述了整个追击歼敌的过程。当听到儿子纵马连续飞驰八天、多次日行二百多里、至介休两日不食三日不解甲痛歼