元嘉为宋王，李元则为荆王，李元茂为越王。
窦建德被武牢的唐军阻挡，无法前进，屯兵数月，多次作战失利，将士们都思念故乡。丁巳日，秦王李世民派王君廓率领一千多名轻骑袭击窦建德的粮运部队，再次击败敌军，俘获大将军张青特。凌敬向窦建德建议：“大王率领全部兵力渡过黄河，攻取怀州、河阳，派得力将领驻守，然后击鼓举旗，越过太行山，进入上党地区，攻取汾州、晋州，直奔蒲津关。这样做有三大好处：一是行军至无人防守之地，取胜可以万无一失；二是开拓疆土、招收部众，形势会更加强盛；三是关中地区震动，洛阳之围自然解除。如今的计策，没有比这更好的了。”窦建德准备采纳他的建议，但王世充的使者接连不断地前来告急，王琬、长孙安世日夜哭泣，请求救援洛阳，又暗中用金银珠宝贿赂窦建德的各位将领，阻挠凌敬的计策。将领们都说：“凌敬只是个书生，哪里懂得打仗，他的话怎么能采纳！”窦建德于是谢绝凌敬说：“如今将士们士气旺盛，这是上天在帮助我，顺应天意与唐军决战，必定能大获全胜，不能听从你的意见。”凌敬坚持争辩，窦建德大怒，下令将他搀扶出去。窦建德的妻子曹氏对他说：“祭酒（凌敬的官职）的话不能违背。如今大王从滏口趁唐朝空虚，连营渐进，攻取山北地区，再联合突厥向西抄袭关中，唐朝必定会回师自救，洛阳之围还用担心解除不了吗？如果在此地屯兵不前，军队疲惫、耗费军资，想要成功，不知要等到何日？”窦建德说：“这不是女人能懂的！我前来救援王世充，他如今身陷绝境，朝夕难保，我却舍弃他离去，这是畏惧敌人、违背信义，不行。”
侦察兵报告说：“窦建德正在等待唐军粮草耗尽，趁唐军在黄河以北放牧马匹时，将要袭击武牢。”五月戊午日，秦王李世民向北渡过黄河，南临广武，观察敌军形势，随后留下一千多匹战马，在黄河滩上放牧以引诱敌军，傍晚返回武牢。己未日，窦建德果然率领全部兵力前来，从板渚出牛口列阵，北靠黄河，西临汜水，南连鹊山，连绵二十里，击鼓前进。唐军各位将领都感到畏惧，李世民率领数名骑兵登上高丘眺望敌军，对将领们说：“敌军从山东起兵，从未见过强大的敌人。如今他们越过险要地势却喧哗不止，这是没有纪律；逼近城池列阵，这是轻视我们。我们按兵不动，他们的勇气自然会衰减；列阵时间过长，士兵就会饥饿，势必会自行撤退。到那时我们追击敌军，必定能取胜。我与各位约定，刚过中午，一定能打败他们！”窦建德轻视唐军，派三百名骑兵渡过汜水，在距离唐营一里左右的地方停下，派使者向李世民传话：“请挑选数百名精锐士兵，与我们较量一番。”李世民派王君廓率领二百名手持长矛的士兵迎战，双方交战时进时退，互有胜负，随后各自领兵返回。王琬骑着隋炀帝的青骢马，铠甲兵器十分鲜亮，独自出列在阵前向众人夸耀。李世民说：“他骑的真是一匹好马！”尉迟敬德请求前去夺取，李世民阻止他说：“怎么能因为一匹马而损失一员猛将？”尉迟敬德不听，与高甑生、梁建方三人骑马径直冲入窦建德的阵中，擒获王琬，牵着他的马返回，敌军无人敢阻拦。李世民派人去召回黄河以北的战马，等待战马全部到来后，才出兵迎战。
窦建德列好军阵，从清晨到中午，士兵们饥饿疲惫，都坐在阵中，又争相饮水，迟疑着想要撤退。李世民命令宇文士及率领三百名骑兵从窦建德阵西穿行，疾驰向南，告诫他说：“敌军如果不动，你就领兵返回；如果动了，就率军向东出击。”宇文士及到达阵前时，敌军阵形果然动摇，李世民说：“可以进攻了！”这时黄河滩上的战马也已赶到，于是下令出兵。李世民率领轻骑率先冲入敌阵，大军紧随其后，向东渡过汜水，直逼窦建德的军阵。
当时窦建德的文武大臣正在朝拜他，唐军骑兵突然杀到，朝臣们纷纷奔向窦建德。窦建德急忙召集骑兵抵御唐军，但骑兵被朝臣们阻挡无法通过，窦建德挥手让朝臣们后退，就在这进退之间，唐军已经逼近。窦建德陷入窘迫，后退依靠东陂坚守。窦抗领兵进攻，作战略有失利。李世民率领骑兵奔赴救援，所到之处敌军纷纷溃散。淮阳王李道玄挺身而出冲入敌阵，径直冲到阵后，又突围返回，如此往返两次，身上被飞箭射中如同刺猬的刺一般，却勇气不减，射箭必中，敌军纷纷倒地。李世民把备用战马给他，让他跟随自己。于是各路军队展开大战，尘土漫天飞扬。李世民率领史大柰、程知节、秦叔宝、宇文歆等人卷起军旗冲入敌阵，从阵后杀出，竖起唐军旗帜。窦建德的将士回头看到唐军旗帜，瞬间大败溃逃；唐军追击三十里，斩首三千多级。窦建德中了长矛，逃窜到牛口渚躲藏起来。车骑将军白士让、杨武威追击他，窦建德从马上摔下来，白士让举起长矛想要刺杀，窦建德说：“别杀我，我是夏王，能让你们富贵。”杨武威翻身下马将他擒获，用备用马匹驮着他，来见李世民。李世民责备他说：“我亲自讨伐王世充，与你有何相干，你却越境而来，冒犯我的兵锋！”窦建德说：“如今我不亲自前来，恐怕还要麻烦你远道去捉拿我。”窦建德的将士全部溃散逃走，唐军俘获五万人，李世民当天就将