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李渊占领长安后，附近有两股力量威胁到他的安全，一股是据守河东的隋将屈突通，另一股是割据金城（今甘肃兰州市）的薛举父子。屈突通的军队，因为他未能阻止李渊军的渡河，所以在李渊渡河西进后，他就率主力数万人回撤，想援助长安的隋军，但被李渊的军队阻击于潼关一带；当他知道长安被李渊攻破后，又想东援洛阳，结果中途被李渊的军队击溃，屈突通被俘后投降。割据金城的薛举，原来是隋朝的金城府校尉，趁隋末战乱在陇称帝。李渊占领长安以后，他曾率兵进攻风郡城，被李世民击退；后来双方在高墌（今陕西长武北）进行了第一次决战，由于李世民得疟疾，军务由部下主持，他们急攻好战，结果战败；李世民的军队经过休整后，与薛举的儿子薛仁杲在高墌又进行了第二次会战，这次唐军接受了上次失败的教训，坚持了闭壁不战，待敌疲困后再寻机出击的方针，结果大败薛仁杲，迫使他归降唐朝。
  刘武周是在突厥支持下于山西北部建立的一个割据政权，突厥封他为定杨可汗。当李渊的主力渡河后，刘武周趁机在山西扩展自己的势力，对留守太原的李元吉形成了包围的形势。李渊看到了太原形势的危急，曾派姜宝谊、李仲文、裴寂等先后带兵援助山西的唐军，都被刘武周的大将宋金刚打败。李元吉在这种形势下，坐卧不安，竟然携带妻妾不战逃回了西安，结果太原失守，刘武周的军队长驱直入，直到了黄河的边上，关中震动。李渊迫于刘武周的强大，竟不顾自己发迹起兵之地被人占领，而错误地提出了“放弃河东，退守关西”的主张。李世民极力反对，他认为太原是“唐朝起兵的老家，物产丰富，首都物资的重要靠山，如果放弃了，必定要影响大局”。李世民表示自己愿率精兵3万人，去收复太原。李渊同意了他的要求，他利用冬天黄河结冰的时机，渡河进驻柏壁（今山西新绛西南），仍用坚壁不战的方针与宋金刚军对峙，另一方面又用小股兵力，破坏敌人的运粮交通要道。这样经过五个多月的相持，宋金刚军队的供应越来越困难，终于被迫北撤。李世民率军立即追击，不分昼夜地且追且战，他自己甚至二日不食，三日不解甲。宋金刚的军队在唐军的追击下，溃不成军，他和刘武周看到战局已不可收拾，先后逃到突厥，都被突厥杀了。李世民击败刘武周的势力后，就又恢复了对河东诸郡的控制，稳定了关中的北部屏障。
  唐朝消灭刘武周之后，原为隋江都郡丞的王世充，这时已经消灭了最大的一支农民起义军瓦岗军，在洛阳当了皇帝。武德三年（620年），李渊让李世民率胜利之师，东向直取王世充。王世充依靠坚固的洛阳城，坚守甚严，李世民这次进行的是攻坚战，屡攻不下。这时军队中出现了畏难情绪，总管刘弘基等人请求班师，李渊也派人密令撤军。李世民认为，这次的战斗虽然打得很苦，但已经取得很大的战果，不能放弃。他派人去长安向李渊面陈军情，指出王世充现在已“困守在洛阳城中，智尽力穷，危在旦夕。如果班师，让他发展起来，以后消灭就更困难了”。
  李世民的意见得到李渊的赞同后，他稳定上下的士气，加强了对洛阳城的围困。王世充在孤城无援的情况下，知道自己难于长期坚守下去。他不得已而派人向河北的窦建德起义军求救，这时窦建德新破孟海公集团，军威甚盛。他怕王世充被唐军消灭后，自己的势力孤单，难与唐军对抗，因而率十万援兵去救王世充。唐军在这两大军事集团即将会师的情况下，处境很危险。有人主张解洛阳之围，退保新安，根据情况的发展再作下一步打算。而李世民等人则主张，继续围困洛阳，力阻王世充和窦建德军队的会合，然后伺机而行，争取军事的主动。李世民果断地决定，留屈突通等帮助李元吉继续围困洛阳之敌，他自己亲率步骑3500人，东赴武牢（今河南汜水县）阻击窦建德的军队。李世民把守要塞，以逸待劳，双方坚持两个多月后，李世民利用窦建德麻痹而失去警惕的机会，突然出击，窦建德措手不及，战败受伤，被唐军俘虏。窦建德的失败，王世充求得外援的希望破灭了，只好开门投降。这一战争的胜利，又使李渊取得了对中原、河北一带的统治权。
  窦建德被押解到长安后，李渊砍了他的头，而且一反过去对降者宽容的做法，把窦建德的部属都发配边防，并且下令限期到长安报到。这就迫使窦建德的部下刘黑闼等首领，再次起义，而且很快就又占领了河北一带的地盘。李世民去镇压，刘黑闼失败后逃入突厥。李世民一撤，他又打回了老家，再次恢复了原来的地盘。后来，唐朝的军队被迫改而采用宽待俘虏的办法，不再关押他们的家属，才瓦解了刘黑闼的军队，稳定了对河北一带的控制。
  此后，李渊又让李孝恭和李靖，由四川出兵消灭了割据两湖一带的萧铣。还诱降了占据江淮一带的农民起义军领袖杜伏威，消灭了继续抗唐的辅公祏。到了武德七年（624年），就基本上重新统一了全国。