裴寂主张先攻克河东，再挥军西进。李世民和柴绍认为，与其在这里与屈突通耗费时间，不如挥军西进。李建成担心，屈突通会从背后袭击。李世民觉得，河东四面楚歌，屈突通龟缩城内，仅能自报。李渊权衡双方意见，决定采纳李世民、柴绍的建议，西进大兴城。同时为防不测，留下一部分人马。由李建成统领，监视屈突通。
九月十六日，李渊率领主力军进入朝邑，驻扎在长春宫。关中的老百姓前来投奔，络绎不绝。前来投奔的人，李渊一一接见，亲自抚慰，任命官职。让他们各居其所，统一归李世民指挥。在军事安排上，除了李建成、刘文静和王长谐等数万人屯于永丰仓、守潼关和防备屈突通之外，又派李世民率领柴绍、刘弘基等数万人进攻渭北地区，彻底扫清大兴城外围的隋军。李渊则亲自率领大军，形成对大兴城的初步包围。
李世民率领几路兵马屯于阿营，连同右三统军，总兵力达到十三万。李世民派人去见李渊，说渭北一带的隋军已经扫清。请求选定吉日，进军大兴城，定期会战。李渊回信说，屈突通已经在潼关被阻，不足为虑。李建成已经率领精兵，从新丰赶到长乐宫待命。李渊让李世民挥军回大兴城待命，等全部兵马到达，即可攻取大兴城。
渭水之南，在通往大兴城的官道上面，李世民带领十万人马，迤逦向大兴城进发。一名侦骑飞马跑来，说前面山口发现一队人马，打着李氏旗号。李世民催马前行，其他将领紧随其后，越过正在行军的步兵，赶往前面的山口。没有走多远，只见前面山脚下有一队人马。旗分五色，兵拨八方，盔甲鲜明，甚为齐整。
旗幡上面写着斗大的“李”字，李世民心存疑惑，催马向前，想看个究竟。恰巧，对方也跑来一队骑兵。到达跟前，绣旗开处，有一名女将英姿飒爽，赫然而出。女将头戴雉尾，身披胄甲，腰佩七星宝剑，脚穿战靴。骑在马上，甚是威风。这名女将就是李秀宁，李秀宁滚鞍下马，笑了一下说：“二哥。”
李世民惊喜交加，也滚鞍下马，抱着李秀宁。李世民说：“秀宁，你巾帼英姿，真是令人佩服。”李秀宁拱手，说：“妹妹特来帮助二哥。”兄妹俩谈一会儿别后的话，李世民说：“我李家亲属，都在各地起兵。一呼百应，甘为人先，此乃天兴我李家。”李秀宁指着身后的兵马，说：“妹妹的军队已达十万余人，可归二哥节制。”
李世民推辞说：“秀宁你巾帼英雄，胆识不在我和大哥之下。我会奏明父亲，为你设将军府。”李秀宁不多言，即与李世民合兵一处，率领军队向大兴城外围进发。当李秀宁和柴绍重逢的时候，两人都眼泛泪光。李秀宁跑到柴绍面前抱着他，柴绍说：“秀宁，我很想你。”李秀宁说：“我也很想你。”
两人在草地上坐在一起，李秀宁把头放到柴绍的肩膀上面，柴绍搂着她的肩膀。柴绍说：“你瘦了。”李秀宁说：“行军打仗，怎么会不瘦？你不也是一样吗？”“秀宁，你真的让我有很大的惊喜，这么快就收复这么多的地方。而且是战无不胜，攻无不克。”李秀宁离开柴绍的肩膀，说：“以后的日子还很长，你可以慢慢挖掘。”说完，两人都笑一下。李秀宁再次把头放到柴绍的肩膀上面，柴绍再次搂着她的肩膀。
大业十三年十月四日（公元617年），李渊率军到大兴城，屯于春阳门。各路兵马，足足有二十万，把大兴城团团围住。李秀宁和柴绍在城下各自设立自己的将军府，李秀宁的军队被称为“娘子军”，由李渊统一指挥。因为李渊起兵打的是“尊隋”的旗号，不便立即命令攻城，就三番五次派使者前去申明尊隋之意。
杨侑年仅十三岁，大兴城的主要事务由卫文异、阴世师等人承担。卫文异、阴世师见义军兵强马壮，不敢大意，封住所有城门。李渊的使者只能站在城下，冒着中箭的危险，一次次喊话。弄得口干舌燥，不见任何效果。
见劝告十几天都无效，李世民率领诸将来到大帐，请求出战，李渊不想。李世民见李渊不肯撕下假面皮，心下忧虑。李世民与长孙无忌、房玄龄、杜如晦等幕僚商量，诸将假装攻城，以此胁迫李渊早下攻城命令。后来李渊知道，厉声喝斥诸将，不准攻城。李秀宁和柴绍也到李渊的大帐，请求出战。
这个时候，使者带着箭伤回来。李渊好半天终于下定决心攻城，但是总攻的这一天，天幕低垂。整个战区格外寒冷，远处巍峨挺拔的秦岭模糊在灰色的云雾里面。大兴城是隋朝的国都，城墙坚厚，军用物资储存丰富，不是那么容易攻占。义军付出巨大代价，终于成功攻占大兴城。
杨侑的左右侍从和亲兵，听说李渊攻进来，纷纷丢盔弃甲，换上便服，逃得无影无踪。李渊率领兵马走进大殿，向杨侑行礼。杨侑吓得连眼都不敢看李渊，只缩在那里发抖。站在杨侑旁边的人神色不变，丝毫没有畏惧，他是太子侍读姚思廉。姚思廉是吴兴人（今浙江湖州），随父亲姚察在陈朝灭亡之后到隋朝做官。祖父姚僧垣“少好文史”，而且医术高妙，曾经多次治愈皇帝和王公大臣的疑难病症。
姚思廉让李渊负责杨侑的安全，李渊让杨侑到大兴殿后厅暂居，还派亲兵保护他。杨侑哭哭啼啼，早就没有主意。姚思廉也没有其他办法，只好扶着杨侑，在李渊亲兵的簇拥之下，往大兴殿后厅的方向走去。李渊毕恭毕敬，亲自把杨侑送到顺阳阁，又叮嘱亲兵要好好看护杨侑，方跪倒在地上，洒泪而去。
李世民的主力部队已经迅速控制宫城一带，负隅顽抗的阴世师、骨仪等人被生擒。安排好城防巡逻、宫殿警卫等工作，李世民就赶到长乐宫，向李渊汇报工作，确定下一步行动。攻下大兴城，立杨侑为皇帝，挟天子而令诸侯。为最终取得帝位，打下厚实的基础。短短半年时间，形势发展得出奇地顺利，仿佛离帝位只有一步之遥。
李渊问：“现在大兴城军民的情绪怎么样？”李世民说：“战斗刚刚结束，正在收拾残局。由于事先晓谕三军，不准扰乱隋朝宗室，侵犯老百姓。大兴城内，老百姓对义军的到来表现得很平静。”李渊问柴绍：“嗣昌，你觉得下一步首先要做的工作是什么？”柴绍说：“第一步要出安民告示，与老百姓约法三章，尽除隋朝苛政。新军入城，要出新气象，让老百姓认定我们是仁义之师，再具法驾迎代王即位。”
李渊觉得柴绍年纪不大，但是精明强干。在许多重大战略部署上面，很有主见。李渊看着柴绍，高兴地说：“好，大兴城的防务、治安都交给你。”李世民拱手说：“父亲，阴世师、骨仪等十余名隋将死心塌地，抵拒义军，孩儿请求下令把他们斩首。其余人等可以采用安抚政策，既往不咎。”李渊说就按李世民的意思办。
大业十三年十一月十五日（公元617年），李渊率领的军队摇身一变成为羽林军。今天是杨侑即位的日子，虽然名不正言不顺，但是一样都不可以少。卤薄全部备齐，用的是传胪的仪制。辰时三刻，钟鼓齐鸣，皇宫升起一片天乐之声。李渊率领文武百官，备法驾迎杨侑来到大兴殿。
净鞭响三下，太监捧出金炉，焚烧龙涎香。年仅十三岁的杨侑被人给套上龙袍，在宫女的簇拥之下，战战兢兢地坐上龙椅。堂下发出一片震耳欲聋的呼喊声，吓得杨侑不由得哆嗦。随之，裴寂代杨侑宣读诏书。还没有坐热的杨侑即被人扶下龙椅，引回大兴殿。文武百官跟随李渊，赶往武德殿。
李渊已经被杨侑封为丞相，所有军国大事、文武百官的任命、赏罚功过都是由李渊处理，武德殿就是丞相府。李渊坐在宽大的宝座上面，就像是皇帝一样。文武百官重新参拜，讨论下一步的工作。李渊觉得没有部下的努力，自己就没有今天。李渊说：“自起事至今，短短半年时间就占据大兴城，各位功不可没。我想倾府库赏赐各位，不知你们意下如何？”大家一听说赏赐，没有一个表示反对，全部都喜笑颜开表示赞成。
百官之首的裴寂一拍脑门，想起一件事情，上前对李渊说：“国公大人，为了让天下人看到希望，再请陛下下旨。封大公子为世子，二公子为秦公。”李渊点了点头，说：“这好办，你拟好诏书，到大兴殿盖上玉玺就行了。”柴绍上前拱手，说：“大兴城初定，关中一隅，人少地狭，不足以傲视群雄。请国公大人派宣抚使，以高官厚禄向巴蜀的郡县招降。”
“巴蜀的人力、物资丰富，以它为后盾，霸业可成。”李渊听到柴绍的话非常高兴，下令派姜谟、窦轨出大散关安抚陇右地区，左光禄大夫李孝恭招抚安南，户曹张道源招慰山东。也许他们是天生当皇帝的命，也许巴蜀无主。各郡县随遇而安，檄文所至，降附的竟然有三十多郡。
十二月，平凉留守萧瑀、扶风太守窦琏以识时务者为俊杰为由，相继投降。李渊即以萧瑀为礼部尚书，封宋国公。窦琏为工部尚书，封燕国公。受萧瑀、窦琏的感召，榆林、灵武、安定等郡县，也派使者表示归降。一时间，李渊的势力范围急剧膨胀，大有俯身可拾天下的态势。李渊的部下为前途一片光明吸引，天天上书劝李渊自立为帝。
李渊常常做皇帝梦，但是觉得还不是时候。王世充领有精兵十万，坚守洛阳。瓦岗军数十万大军围攻洛阳，虎视眈眈地看着李渊。薛举拥兵二十万，窥视大兴城这块风水宝地。刘武周常常想南下，分一杯羹。如果在这种形势之下称帝，必然会引火烧身。被隋朝官吏视为叛逆，成为众矢之的。
拥立李渊称帝不成，裴寂等人又逼迫杨侑下旨，追封祖父李虎为景王，父亲李昞为元王，窦氏为穆妃。这天，李世民陪李渊到御花园散步。李渊说：“如今，嗣昌处理事情越来越成熟，我对他比起以前要放心很多。”李世民说：“人是要经历一些事情才会成长起来。”李渊觉得李世民这句话说得很好。
李渊进柴绍为右光禄大夫，封临汾郡公。柴绍正在批阅公文，李秀宁拿饭菜给他。吃完饭之后，柴绍与李秀宁手拉着手到后院散步。李秀宁问：“嗣昌，你现在是不是很辛苦？”柴绍说：“刚刚才稳定下来，事情会比较多。其实我已经算是比较轻松，世民他是京兆尹，全面负责大兴城的政治、军事，比我还要忙。”
“如果可以的话，我也想帮你和二哥，这样你们就可以轻松一点。”柴绍握着李秀宁的手，说：“秀宁，我知道你是心疼我和世民。与其让你辛苦，倒不如我辛苦。”听了柴绍这句话，李秀宁不知道应该说什么。“我答应你，我会注意休息，不会让自己操劳过度。”李秀宁点了点头，柴绍就抱着她。
天下是没有垂手可得的，薛举眼见李渊占领大兴城，十分嫉妒，派儿子薛仁杲率领二十万军队前去抢夺，第一站就围攻扶风。李渊知道之后，派李世民率领兵马前去迎战。薛举是河东汾阴人（今山西万荣西）。父亲薛汪，徙居兰州金城（今甘肃兰州）。举容貌瑰伟，凶悍善射，骁武绝伦，家产巨万，交结豪猾，雄于边朔。大业十三年四月（公元617年），以金城校尉的身份起兵反隋，自称西秦霸王，年号秦兴。
据陇西之地，众至十三万。七月称帝，迁都天水（今甘肃天水）。薛仁杲被封为齐王，力大无穷，号称“万人敌”，为人极其残暴。驻守在河东的屈突通，几次与刘文静的军队激战，都没有突破。后来，刘文静抓住敌军骄傲的心理，组织兵马攻击。结果桑显和损兵折将，大败而归。
屈突通改变主意，留桑显和坚守潼关。自己率领大军东进，解洛阳之围。谁知大军刚走，桑显和即率众向刘文静投降。本来屈突通是打算自刎，但是在儿子屈突寿和桑显和的劝说之下，加上李渊的感化，终于投降。李渊授予屈突通为兵部尚书，封蒋国公。过几天，李渊派屈突通回河东，招降尧君素。尧君素大骂屈突通，屈突通知道事不可为，当即拨马而退。
义宁二年（公元618年），李密与王世充在攻守洛阳的战斗当中，呈焦着状态。李密的势力迅速膨胀，引起李渊的不安。他知道李密是一个有才能、有野心的人，如果不设法钳制，必会成为自己称帝的最强大对手。正月十九日。李渊命李建成、李世民率领十万军队，前往洛阳救援。因为越王杨侗和李密的关系，十万大军滞留洛阳。
李世民觉得这样做毫无意义，一来不能进洛阳，二来弄不好会受李密和王世充的夹击。暂且撤兵，坐山观虎斗，更为巧妙。于是派人把自己的想法告诉李渊，请求撤军。李渊与众人分析洛阳的形势，认为李世民说得有道理，下令撤军。
在李密与王世充纠缠的空当，李渊四下派使者招抚各郡县。三月，窦抗率领临州等郡归降。至此，李渊控制东至商洛，南到巴蜀以及关中大部分地区，成为隋末乱世之中一个极其重要的力量。
这时候，远在江都的隋炀帝杨广，近臣已经由宇文述换成长子宇文化及。自从隋炀帝杨广来到江都之后，无心返回大兴城，而称为“骁果”的随从禁卫多为关中人，不愿从隋炀帝杨广久驻江都，打算自行回关中。武贲郎将司马德戡等人得知，便集兵数万，于公元618年（大业十四年）发动叛乱，本来隋炀帝杨广是想喝下鸠酒自尽，但是找不到鸠酒。
隋炀帝杨广自己解下练巾，缠在脖子上。一头交给令狐行达，一头交给马文举，命两人使劲拉。这一拉就结束隋炀帝杨广残暴的生命。标志着隋文帝杨坚辛辛苦苦打下的江山，彻底葬送在他的手上。宇文化及又让人杀死蜀王杨秀、齐王杨暕、虞世基以及御史大夫裴蕴等人。宇文化及自称大丞相，总领百揆。
以萧氏的懿旨立秦王杨浩为帝，另居别室。以弟弟宇文智及为左仆射、宇文士及为内史令，裴矩为右仆射。自组一套领导班子，拟筹集车船粮草，返回关中。隋炀帝杨广的凶信传至洛阳，杨侗即位。以段达为纳言、陈国公，王世充为纳言、郑国公，元文都为内史令、鲁国公，皇甫元逸为内史侍郎、杞国公，卢楚为内史令，郭文达为内史侍郎，越长文为黄门侍郎，共掌朝政。
宇文化及拥兵十多万，平日居住在六宫，饮食奉养如隋炀帝杨广。排场大，却没有多少主见。每日上朝，人有言事，默然不对。下朝之后，就找几名狗头军师商议。不久发生内讧，司马德勘等被杀。杨侗招李密为太尉，命他讨伐宇文化及。双方战于黎阳，宇文化及屡败，北走魏县（今河北大名西南），将士归附李密。
隋炀帝杨广的凶信传至大兴城，正在议事的李渊哭倒在地，老泪横流。文武百官连忙劝告，李渊才爬起来，坐回宝座。晚上，李世民和柴绍匆忙赶到武德殿，劝李渊考虑称帝的事宜。李渊点了点头，三人在密室密谋一番，确定下一步的行动方案。第二天，仿佛心有灵犀一样，裴寂等人一起到虔化门，纷纷上书请求李渊称帝。
裴寂见李渊没有动静，心里面非常着急，就去找李世民。碰巧刘文静在场，一语中的说李渊是想让他造禅位的舆论。裴寂回去之后，炮制出所谓太原慧化尼、蜀郡卫士嵩等歌谣诗谶，制成许多传单，贴得大街小巷都是。传播完流言之后，裴寂又领文武百官，闯入大兴殿，径直把禅位的是告诉杨侑。
裴寂就从袖中拿出黄帛纸，杨侑瞄了两眼，就让裴寂盖上玉玺。随后连招呼都不打，一帮人呼啸而去。武德殿里面，李渊听说杨侑有诏书，有板有眼地跪倒在地上接旨。李渊看了一遍，痴痴愣愣。李世民一挥手，文武百官跪倒在地上一大片，充满感情地说：“国公大人应以天下苍生为念，顺天应人，早登大宝。”