连下临汾、绛郡，所过之处，望风归降。九月，大军至黄河东岸，关中百姓闻义兵至，争献舟楫，不日而成浮桥。
李渊令李建成率刘文静、王长谐等守潼关，以防李密东军；自与李世民率主力渡河西进，关中豪杰，如孙华、白玄度等，皆率部来归，兵势益盛，众至十余万。
河东城下，屈突通坚守不出。李渊留偏师围之，自率大军直扑长安。
长安城内，代王杨侑年方十三，刑部尚书卫文升、左翊卫将军阴世师、京兆郡丞骨仪等闭城拒守，顽抗义师。
十一月丙辰，义师合围长安，世民亲督诸军攻城。城上矢石如雨，世民冒矢指挥，将士奋勇争先。李建成部将雷永吉身先士卒，攀堞登城，斩关而入，大军随之涌入，长安遂破。
阴世师、骨仪等拒战被擒，押至李渊帐前。李渊数其贪婪苛酷、抗拒义师之罪，一并斩首，余者皆赦。
入城之后，李渊约法十二条：杀人、劫盗、背军、叛逆者死，余皆除隋苛法，安抚百姓。长安城内，市不易肆，民皆安堵。
十一月壬戌，李渊迎代王杨侑于大兴殿，即皇帝位，是为隋恭帝，改元义宁，遥尊炀帝为太上皇。恭帝下诏，以李渊为假黄钺、使持节、大都督内外诸军事、尚书令、大丞相，进封唐王，总揽万机，建置百官，军国庶务，无不决于相府。
李建成封唐王世子，李世民封秦公，后徙赵公，裴寂、刘文静等皆封公封侯，各有封赏。
河东屈突通闻长安破，恭帝立，自知大势已去，率部投降。李渊素服哭于隋室太庙，告以“不得已起兵，以安社稷”，天下人心，尽归李氏。
自此，晋阳一呼，定关中，据长安，挟天子以令诸侯，大唐开国之基，由此而定。