九月底，在接到李世民的报告后，李渊大喜，他估计屈突通南下无法向西，不足为患，于是令李建成挑选永丰仓的精兵从新丰直趣长乐宫，又为在潼关阻击屈突通的刘文静军增加了上万援兵。然后他率军紧随李建成之后，经下，过栎阳向长安进发，沿途后主所置的一切行宫、园苑都被他下令散掉，宫女全部放出，还给他们的父母亲戚。在蓝田，他的二女婿左亲卫段纶又带了一万多义军归附了大军。冬十月四日，李渊进至灞上，停在大兴城春明门的西北，与李建成和李世民各自率领的总共二十多万大军会合了。三姐见到了父亲，父女俩乐开了怀，在围城的大军中，她与柴绍各置幕府，独立成营，人们将她的队伍号为“娘子军”。李渊下令各军住在军营壁垒里，不准进入村居，更不准骚扰、侵犯民众，要把秩序维持得像没有打仗时那样平静祥和。李渊多次派遣使者到城下向卫文升等说明，义军来这里，是志在“尊隋”，望城中人不要做无谓的抵抗。城中人从来不作回应，只是不断地加固防守。李渊一直在郊外等待着城中的回音，军队隔着长安几十里驻扎，没有进逼城下。这样过了七八天，众将领纷纷前来对李渊说：“京城不开门投降，是隋运将亡的征兆。上天既然要它灭亡，不是哪个人能够扳得回的。现在这么多军队驻着，每日都要白白浪费多少粮食，一直等着他们出来投降，恐怕也不是长久之计啊。不如围攻一下，给城里施加一些压力，看他们究竟如何反应。”李渊说：“如果义军进城，刀兵戳在宫阙上，飞箭射在代王的黄屋上，人家将怎么说我呢？”“自古没有周成王那样的明君，就行不得周公之事。”众将领回答说，“万一有狡悍的强人，知道义兵已经平定关中了，前来争夺京师，哪可就麻烦了，请太尉三思。”李渊心中仍然犹豫，没有作出最后决断。那些关中新附义军头领们，因为没参加太原起义，还没立下大功，怎愿意放掉眼前的机会，于是不等李渊下令，干脆自作主张，率领所部兵马，从不同的地段逼近长安城。李渊害怕他们失手，于十月十四日急忙下令李建成、李世民率大军赶上前增援。全军就这样混乱地开了上去，逼近长安城下，把它团团围住。李渊简单地分了工，长安城的东面、南面由李建成负责攻打，西面、北面由李世民负责攻打。城中隋军见几十万人马铺天盖地地压上来，吓得不得了，却也没有任何办法对付，只有把希望寄托在屈突通和东都前来救援上。十月十七日，关中新附义军头领们又请求率领敢死队先行登城。李建成和李世民二人怎么拦都拦不住。这时李渊正在春明门外，听到消息后骑马赶来，在罗郭安兴坊住下，亲自弹压众将领的无纪律行为，他甚至有点生气了。当接到长安告急的军书后，屈突通将军全身都飘起了火焰。京师即将陷入贼手，我这里精锐兵力居然被隔在几百里外的潼关，这也太对不起皇上了，我是怎么为他保卫京师的哟。老骨头该在这个时候抛出去啦。他找来了老战友虎牙郎将桑显和，两人对着地图，反复推敲，定下了一个孤注一掷的偷营计划。他把军中精锐全部选拔出来，让他们吃好睡好，做足各种准备，然后交给桑显和带着，在一日深夜子时，偷偷潜往刘文静的军营实施偷袭。刘文静果然疏忽大意，没做什么防备，被桑显和带的精锐隋军打得晕头转向，死了好几千人。到了天亮，在义军的三座营栅中，桑显和已经攻下了两座，只有刘文静一座被他拼死顶着。刘文静一直坚持在第一线指挥作战，却不幸被流箭射中，义军见主帅站着出来，又横着被抬了进去，心中更加慌乱了。桑显和乘势率军攻入营栅，被窦琮带着敢死队给赶了回去，但桑显和很快又纠集了一批生力军冲进来，重新把栅营给占了。刚刚抬回的刘文静不得不又令卫士把自己抬走。段志玄是太原起义的老军头了，他见形势危急，亲率二十骑实施反突击，把隋军用军刀硬生生刮出栅门，还追上去，顶得远远的，一路杀了几十人才回来，这边窦琮忙着带兵赶修营栅。但就在段志玄转身之后，一支流箭追上了他的脚后跟，一时间真是疼痛钻心。他偷偷把箭拔掉，由于害怕众人心慌，一直忍着不说，等隋军又被桑显和驱赶着围上来，他再次带领百名骑兵和上千名步兵发起反击。这样反来复去，义军的士气渐渐恢复了一些。桑显和军前半夜出发，后半夜开始作战，现在太阳快到头顶，士卒都疲极饿极，既然暂时攻不下这最后的营栅，就先吃饭休息一下吧，于是他命令后队把军餐传上来，让士卒们吃了再战。就这一会儿功夫，躺在担架上的刘文静定下了奇计，他分出部分兵力重新夺回另两个已经丢失的营栅，另派窦琮率数百骑突出重围，假装逃跑，实际上逗一个圈，绕到隋军的背后发动冲锋，一路上见到另两个营栅中被打散的义军，就令他们赶回来参加围攻。当桑显和的队伍吃饱整顿队形准备发动致命的攻击时，窦琮率数百骑出现在他们的后背，挥舞着刀枪猛烈地冲刺，这边三个营栅中的义军见了，大呼着奋勇杀出，前后一夹，桑显和的军阵无法抵挡，像熟鸡蛋一样被挤得粉碎，大部分隋军投了降，少数在原野里没命地乱窜，有些腿长的甚至一气从潼关窜到了武关。桑显和又是孤身一人赤裸着上身逃回屈突通的大营，两位老战友抱头痛哭。