同在荥阳附近的唐军大营里面，得了李世民授意的新降谋士徐世绩慷慨激昂，对着李建成、李世民兄弟陈述了这番道理，也让原本试图避免与窦建德直接冲突的唐军将领统一了思想mdash;mdash;既然早打晚打都要消灭这么多敌人，而先打窦建德的话说不定还能省掉攻城的麻烦，而是全程打关中精兵擅长的野战，既然如此，何乐而不为呢？
于是乎，就在窦建德到荥阳扎营的第二天，唐军就逼近了过来，一改此前以主力围困洛阳的姿态。窦建德心中倒是颇为措手不及，不过却也没太把唐军放在心上。心中的情绪，主要还是对唐军不上道的愤怒。
两军就在荥阳摆开军阵，荥阳附近出了汜水关之后，地势很是开阔，摆开三十万大军都没问题mdash;mdash;当年刘邦项羽的成皋大战，也是在这处古战场，项羽要杀刘邦的老爹煮肉羹，刘邦假意请项羽分一碗爹的肉给他尝尝、最后撕逼撕完签了鸿沟为楚河汉界，这一切，都是发生在这一片土地上，也算是历史的巧合了。或许同样是历史巧合的是，李建成李世民兄弟的唐军，就占据了当年刘邦的西军位置，而窦建德的东军，就占据了当年项羽在成皋的大本营。
三十万雄兵划地为阵，展开了隋末内战中规模最大的一场决战。
唐军先以李世民手下骑兵大将窦抗率领轻骑远远突前骚扰夏军。窦建德见唐军主力没有压上，只是让数千骑兵远离主力来战。有心一口气灭掉这个诱饵，便以弓弩射住阵脚，而后主力中军压上反扑。窦抗不愧是李唐死忠，虽然战斗力没什么可圈可点之处，但是忠心与勇气非同小可，手下精兵也都是酣战死士。反复对着数十倍于己方的夏军中军主力冲杀五轮。己方死伤过半之后，才全军溃散下来mdash;mdash;这番苦肉计一样的挑衅，演的实在太过逼真，让窦建德以为唐军士气不足，采取了没有留下预备队的全军压上方略。
唐军的坚韧性，显然超过夏军，夏军远来的疲劳根本没有恢复，完全是一口勇气吊着，此刻又被唐军调动起来。以一股偏师的损失为代价，换得夏军全部主力都跟着冲杀了数个时辰、体力消耗巨大。两军十几万规模的主力真正拼杀到一起时，唐军的体力优势就非常明显了。
血腥的屠戮持续了数个时辰，一开始谁都没能取得明显的进展。超过五万名士兵，在区区半天的血腥狂杀之中倒毙沙场，血肉泥浆四溢横流，让人不得不怀疑成皋大地就是一块血肉磨盘，一台史前凶兽级别的绞肉机。全面决战从午时一直杀到戌时，夏军才终于在全面的体力崩溃之下崩盘了，此前连连圈地圈得飘飘然的窦建德。才算是猛醒过来，可惜一切都晚了。
据说窦建德本人带着手下的骑兵部队一路东逃，逃到了一个地名叫作牛口渚rdquo;的地方，才被唐军因为战马马力的优势追上合围。唐军伏兵四起，高呼豆入牛口，势不得久rdquo;的谶纬谣言，动摇夏军军心，一番激烈的搏杀，窦建德本人身中数箭，坠马被俘，手下亲兵自然星散崩溃。
按照历史原本的轨迹，窦建德会被李世民俘虏后绑缚着送到洛阳城下，然后由唐军骂阵手们高呼着通知王世充，好让王世充知道他的外援指望已经断绝了，援军主帅已经兵败被擒。然后，绝望的王世充就该开城投降，跪地求饶，试图以无血开城换取一个体面的下半生。
可惜，历史到了这一步，显然出现了分叉。李世民和李建成的所作所为与历史同期没有丝毫区别，依然绑了窦建德去洛阳城下劝降、打击城内士气。可城内的王世充却没有第一时间投降。
按说，王世充也应该够绝望了，无非也就差那么一两根稻草，多年之后，根据王世充自己的回忆：如果当时再过那么个把月，她也就真投降了。
事实证明，王世充这一丝灵台清明的坚持，让他有命活完这下半生。因为，就在窦建德和唐军的荥阳血战之后数日，以逸待劳、休整了半年之久、全军严兵整甲的大梁朝廷，出兵了。东起徐州、济阴，中至南阳、襄樊，西含剑门蜀道，三十万之众的大梁精兵，以覆沧海而沃熛炭之势，全线北伐，赶在唐军主力血战过后最虚弱的那一刻，出现了。
从徐州和济阴西进的梁军，以来护儿为主帅，下有来整、秦琼、周法明等将领，十几万之众，逶迤而来，因为路途遥远，加上需要深入唐军控制区境内比较深远，所以李建成与李世民兄弟还能够分出主力去迎击相持。
然而，从南阳北上的梁军，选择了出中牟而越嵩山的路线，这条路线距离洛阳实在不能算远，而且此前洛阳南面背靠嵩山的一线本就不是唐军主要防范的方向，山区地形复杂，也不可能处处设防，因此这一路的梁军进兵的消息，几乎几天之内就突破了封锁线，被洛阳城内的王世充所知道了。
被围攻半年，几度以为自己快要完蛋的王世充，终于不打算玩心跳了，何况大梁皇帝萧铣还给他发来了一封很是恳切的劝降书，可以不计较他王世充曾经称帝的问题，希望王世充多想想两人当年在江都时的合作，并且只要王世充逊位，就给他实封封地、保证郑国公的爵位，子孙递减一等。