王世充不必忧虑，因为窦建德肯定要出手。道理很简单——唇亡齿寒。洛阳是窦建德的南面屏障，一旦被唐朝扫平，李世民的兵锋就会直指河北，所以窦建德绝不会坐视王世充的灭亡。
当王世充派他的侄子——代王王琬和朝臣长孙安世惊慌失措地跑来求救时，窦建德立刻举行了廷议，夏朝的中书侍郎刘彬随即对时局作了一番完整而透彻的分析。他说：“天下大乱，唐朝据关西，郑朝据河南，夏朝据河北，共成鼎足之势。而今唐军泰山压顶一般进攻郑国，从秋天到冬天，唐的兵力与日俱增，而郑的土地则每天都在缩小；唐强郑弱，必然不会支撑太久，一旦郑国灭亡，夏朝也难以单独存在。而今之计，不如把以前的仇恨和愤怒暂时放在一边，出兵相救；夏军攻唐军之背，郑军攻唐军之腹，定可大破唐军。唐军败退后，再静观其变，若郑国可灭则一并灭之，合两国之兵，乘唐军师老兵疲，进而夺取天下！”
窦建德完全同意刘彬的分析，随后一边遣使向王世充许诺出兵救援，一边派遣礼部侍郎李大师前往唐营，劝李世民罢兵，解除洛阳之围。可李世民当即扣留了李大师，对窦建德的建议根本不予理睬。
至此，唐朝与郑、夏两个割据政权的中原大决战已经不可避免。
武德四年（公元621年）正月，郑朝梁州（今河南睢县）总管程嘉降唐；二十六日，唐将陈正通攻克梁城（今河南汝州市）。
差不多在这个时候，李世民为了发挥唐军骑兵野战的特长，特别遴选了最骁勇的骑兵一千余人，组成了一支精锐中的精锐——玄甲军。军中将士全部身穿黑衣黑甲，分成左右两队，命秦叔宝、程知节、尉迟敬德、翟长孙分任左右统领。每次出战，李世民本人也披挂黑甲，亲自指挥。在随后的多次战役中，李世民率玄甲军冲锋陷阵、所向披靡，令王世充和他的军队闻风丧胆。
这一年正月底，屈突通和窦轨率部巡视各军的营垒阵地，途中忽然遭遇王世充。唐军猝不及防，差点被郑军歼灭。李世民闻讯，亲率玄甲军前往救援，大破王世充，生擒其骑兵将领葛彦璋，斩杀并俘虏了六千余人。
二月初，由于洛阳被围日久，粮食短缺，驻军虎牢的王世充长子王玄应率数千人押运粮草救济洛阳。李世民探知情报，命将领李君羡出兵狙击。王玄应仓猝应战，被李君羡击溃，粮草全部落入唐军手中，王玄应只身逃回洛阳。
李世民觉得对洛阳发动总攻的时机已经成熟，遂遣宇文士及回朝请命。李渊批准了李世民的请求，并对宇文士及说：“回去禀告你们秦王，夺取洛阳是为了早日结束战争。克城之日，宫城中的乘舆法物、图籍器械，凡不是私人物品的，由他收存保管，其余子女玉帛，全部犒赏将士。”
李世民得命，遂于二月十三日率大军进驻青城宫。唐军未及修筑营寨，王世充便亲率二万人马出城攻击。诸将皆惧，李世民命精锐骑兵在北邙山下列阵，随后带着各位将领登上北魏宣武陵察看敌情，对左右说：“贼兵已经到了穷途末路，这次王世充把全部兵力都投入战场，准备决一死战，若今日一战破之，其后他便不敢再出城了！”于是命屈突通率五千人渡过榖水进攻王世充，随后李世民亲率骑兵冲入敌阵。
中原之战中最为激烈的这场青城宫战役就此打响。
为了探测敌阵的纵深程度并且打乱敌军的阵形，李世民骑着他钟爱的那匹通体纯紫、奔跑如飞的骏马飒露紫，在数十精骑的掩护下，像一支离弦之箭直直插入敌阵，最后竟然横穿而出，一下打乱了郑军的阵脚。郑军士兵大为惊恐，被击杀甚众。可就在李世民纵横驰骋、杀得性起的时候，一道河堤忽然挡住了他的去路。
那是榖水岸边的河堤。李世民匆忙掉转马头，准备和大军会合。可是周围密密麻麻全是敌军，就连保护他的数十名骑兵也失散了。
李世民的身边只剩下一个将领丘行恭。
这是李世民自中原开战以来第三次身涉险境。
敌人围了上来，流矢纷纷射向李世民，飒露紫前胸正中一箭。危急关头，丘行恭连发数箭，射杀了几名敌兵，随即翻身下马，把自己的坐骑交给李世民，然后一手牵着飒露紫，一手执长刀，左冲右突，大声叱喝，终于和李世民一起杀开一条血路，与赶上来的大军会合。（飒露紫也是“昭陵六骏”之一；战斗结束回营后，丘行恭为其拔箭疗伤，但飒露紫终因流血过多而死；李世民为其题写的赞辞是：“紫燕超跃，骨腾神骏，气詟三川，威凌八阵。”飒露紫阵亡后，李世民所乘的是“昭陵六骏”中的另一匹宝马什伐赤，此马纯赤色，是来源于波斯的汗血马；在此后继续围攻东都的战役中，什伐赤身中五箭，李世民为其题写的赞辞是：“瀍涧未静，斧钺申威，朱汗骋足，青旌凯归。”）
李世民突出重围后，王世充也迅速集结溃散的部众，重新摆出阵形，继续与唐军鏖战。
这一仗打得异常惨烈。从辰时（七时）一直激战到午时（下午一时），郑军多次被唐军骑兵冲散，可王世充却屡屡整兵再战，表现出了前所未有的顽强。
王世充知道，如果输掉这一仗，今后他就只能龟缩在洛阳城里，被唐军压着打了，所以他必须全力以赴。然而，尽管王世充已经拼尽了全力，这一仗他还是输了。
因为，郑军跟唐军的战斗力根本不在同一个级别上，尤其是在野战方面。
午时过后，唐军士兵越战越勇，郑军士兵却个个精疲力竭，开始往后溃退，再也不听号令了。王世充万般无奈，掉转马头向洛阳狂奔。李世民乘胜追击，一直追到了洛阳城下，总共斩杀并俘虏了七千余人。
唐军随后便将洛阳团团包围，最后一个阶段的攻城战开始了。唐军从二月下旬开始围攻洛阳宫城，但是最后的攻坚战却要比李世民想象的艰难得多。
因为郑军的防御部署非常严密，而且还装备了大量重型武器。比如投石机，可投掷五十斤的飞石，投掷距离达二百步。可想而知，这样的“炮弹”发射出去，每一发都可以把人砸成肉酱。此外还有一种巨型连弩，把弓拉满的时候形状大如车轮，箭镞形同大斧，每次可以连续发射八箭，射程可达五百步。在这样一些“尖端武器”的猛烈打击之下，虽然唐军日夜不停地从四面猛攻，付出了重大伤亡，但是一连打了十多天，洛阳宫城还是岿然不动。
唐军将士筋疲力尽，以行军总管刘弘基为首的一批高级将领纷纷请求班师。
可志在必得的李世民坚决不同意。他说：“我们大举进攻中原，自应夺取洛阳，此乃一劳永逸之举。而今东方各州皆已望风归降，洛阳只是一座孤城，不可能坚持太久，眼看马上就要成功，岂能弃之而去？”
随后，李世民传令全军：“洛阳未破，师必不还，胆敢言班师者——斩！”
将领们只好收声，可还是有人不服，偷偷跟长安打了小报告。数日后，李渊的一道密诏就到了李世民手上，意思也是让他撤兵。李世民立刻拟了一道表奏，坚持认为洛阳必可攻克。为了加强说服力，李世民特意派遣此次随同出征的军事参谋封德彝奉表入朝，向李渊当面分析洛阳的形势和报告前线的战况。封德彝抵达长安后，禀报李渊说：“王世充原来所占的地盘虽然不小，但是将吏离心离德，且如今大部都已归降，号令所行，唯洛阳一城而已！王世充智竭力穷，朝夕之间即可攻克；倘若班师，贼势复振，一旦各地贼兵再度联合，其后必定更难对付！”
李渊闻言，随即取消了撤兵的命令。
上下既已取得一致，攻克洛阳就只是时间问题了。为了避免更多的伤亡，李世民给王世充写了一封劝降信，对他晓以利害、分析祸福。可王世充却不予理会，准备和唐军血战到底。
因为王世充还存有一线希望，那就是来自北方窦建德的援军。可是，从去年年底窦建德就已经答应要出兵援救，如今两个多月的时间过去了，窦建德在哪里呢？
窦建德还待在他的都城里面，这两个多月来他一直按兵不动。
他在坐山观虎斗。
救当然要救，但必须考虑什么时候才能救，窦建德必须拿捏一个最恰当的火候。
这个火候就是在王世充和李世民打得两败俱伤而洛阳将陷未陷之际。只有郑、唐两方的有生力量都被最大限度地耗尽之后，窦建德才会乘虚而入，后发制人，一举进占中原，坐收渔翁之利！
武德四年二月末，一直在冷眼旁观的窦建德终于迟缓地出手了。
因为王世充已经山穷水尽，而唐军也已成强弩之末。
火候到了！
窦建德不紧不慢地亲率大军渡河南下，于三月初一举攻克孟海公盘踞的周桥（今山东定陶县东南），生擒了孟海公。
下一步，只要窦建德向西越过虎牢关，便可挺进中原、直趋东都。
虎牢关位于今河南荥阳市区西北16公里的汜水镇，是洛阳东面的天险和屏障，因西周穆王曾在此狩猎，捕获一只猛虎，并将虎饲养于此而得名。其关隘修筑于汜水西面的大伾（pī）山上，“北临黄河，崖岸峻峭，岧岧孤危，高四十余丈，势尽川陆”（严耕望《唐代交通图考》）。
这是一座一夫当关、万夫莫开的雄关，自古就是兵家必争之地。要断绝王世充的外援、阻遏窦建德的兵锋，唐军就必须占领虎牢关。
但是，由于虎牢关隘险固，所以自唐军进兵中原以来，始终未能将其攻克，虎牢一直掌握在郑军的手中。其时据守虎牢的是王世充的侄子荆王王行本（非隋将王行本）。
然而，就在窦建德大举南下的一天之前，老天爷却帮了唐军一个大忙，使其轻而易举地拿下了虎牢。
这一年二月三十日，王行本属下的司兵沈攸忽然派人来到唐军驻地，找到了时任左武侯大将军的李世勣，请求投降。李世勣意识到这是夺取虎牢的天赐良机，当天夜里就派遣左卫将军王君廓突袭虎牢，与沈攸里应外合，迅速攻陷虎牢，生擒了王行本。
从三月开始，李世民改变了战术，不再对洛阳进行强攻，而是深挖壕沟、高筑营垒，切断了洛阳与外界的一切联络。
攻不下你，难道我还困不死你？
长期缺乏补给的洛阳城终于陷入绝境，最惨的当然就是断粮。城中的粮食价格疯狂上涨，一匹绢只能换粟米三升，十匹布才换盐一升，而平日价格高昂的精美服饰和古董珍玩则贱如草芥。百姓们吃光了城中的所有草根树皮，最后只好把土放在水桶里摇晃，等澄清后，捞取浮在水面上的细泥，混合着一点米屑烤成饼来吃。但是吃这种“土饼”无异于饮鸩止渴，很多人随后便浑身肿胀而死。一时间，洛阳宫城中到处躺满了横七竖八、扭曲变形的尸体，万千腐尸的恶臭弥漫在整个东都的上空。当初皇泰帝杨侗曾经把外城的三万户居民迁入宫城，如今只剩下不到三千户。
百姓几乎快死光了，而官员们的日子也好不了多少。即便贵为公卿，朝廷往往连糠麸都难以供应；至于那些尚书、侍郎以下的官员，则只能让他们自谋生路，到头来也不免活活饿死。
堂堂东都仿佛变成了一座人间地狱。
王世充面朝东方望眼欲穿——
窦建德啊窦建德，你到底是要来救命的，还是要来收尸的？