謀士凌敬建議繞道太行，攻取河東，以迫使唐軍回援，卻被竇建德拒絕，他堅信只要與王世充匯合，便能穩操勝券。
然而，李二沒有給他這個機會。
這一日，清晨，竇建德意圖趁唐軍戰馬飼料用盡，需到黃河北岸牧馬之機，發動總攻。他親率大軍，自板渚出牛口列陣，北依黃河，南連鵲山，正面寬達二十里，擂鼓進軍，企圖以泰山壓頂之勢，一舉碾碎唐軍。
唐軍眾將見夏軍勢大，皆有懼色。李二卻登高望遠，仔細觀察敵陣後，對諸將笑道：“賊起山東，未嘗見大敵，今度險而囂，是無紀律，逼城而陣，有輕我心。我按甲不出，彼勇氣自衰，陣久卒飢，勢將自退，追而擊之，無不克者！”
他下令按兵不動，以逸待勞。
果然，時至中午，夏軍士卒飢渴疲憊，紛紛坐倒在地，隊伍散亂，爭著喝水，紀律鬆弛，毫無戰意。
李二見時機已到，大喝一聲：“可矣！”
親率玄甲軍精銳，如離弦之箭，直衝夏軍陣線！
同時，令宇文士及率三百輕騎掠過敵陣西側，進行牽制。
夏軍正懈怠間，忽見唐軍鐵騎如天崩地裂般衝來，倉促應戰，陣腳大亂。
李二一馬當先，率史大奈、程知節、秦叔寶、宇文歆等大將，卷著旗幟，衝入敵陣，直透其背！
剎那間，虎牢關前殺聲震天，煙塵蔽日。玄甲鐵騎所向披靡，夏軍雖眾，但指揮失靈，士卒惶恐，潰不成軍。
李二率隊反覆衝殺，夏軍大陣徹底崩潰，士卒爭相逃命，自相踐踏，死者枕藉。
混戰之中，竇建德見大勢已去，心中大慟。其麾下忠勇親兵拼死護主，組成一道血肉壁壘，抵擋著唐軍如潮的攻勢。
“夏王！快走！”一員渾身是血的裨將嘶吼著，將竇建德推上親隨備好的快馬，“留得青山在！回河北，再圖後計！”
竇建德雙目赤紅，看著身邊浴血奮戰、不斷倒下的將士，知道再無挽回可能。
他長嘆一聲，猛地一抽馬鞭，在數十名最精銳的親衛死士簇擁下，朝著戰陣相對薄弱的東北方向奮力衝殺而去。
李二正指揮部眾絞殺夏軍主力，忽見一隊精銳騎兵護著一人拼死突圍，料定是竇建德，立刻命令尉遲恭率一部玄甲軍追擊。
然而，戰場混亂，潰兵如潮，竇建德的親衛又個個抱定必死之心，阻擊極為頑強。尉遲恭雖驍勇，連續斬殺數名敵將，卻終究被稍稍阻滯。
竇建德趁此間隙，憑藉對地形的熟悉和坐騎神駿，竟硬生生殺出一條血路，突圍而去，消失在黃河岸邊的茫茫蘆葦蕩中。
尉遲恭追之不及，只得悻悻而回，向李二請罪。 李二望著竇建德遁走的方向，眉頭微蹙，但隨即舒展開來。雖未能竟全功生擒竇建德，但其十萬大軍已然灰飛煙滅，主力盡喪，短時間內再也無力干預中原戰事。
首要目標，仍是洛陽！ “無妨，喪家之犬，暫不足慮。收拾戰場，回師洛陽！”李二下令道。
虎牢大捷的訊息傳回洛陽圍城大營，唐軍歡聲雷動，而洛陽城內，則陷入了一片絕望的死寂。
王世充最後的希望徹底破滅。外無援軍，內無糧草，軍心渙散，甚至出現了人吃人的慘劇。他試圖突圍，但失敗告終。
走投無路之下，王世充素服率其太子、群臣二千餘人，詣軍門投降。
李二端坐于軍中大帳，接受了王世充的投降。
當這個曾經不可一世的梟雄匍匐在地時，帳中一片寂靜，唯有火把燃燒的噼啪聲。
處理完受降的初步事宜後，李二令左右屏退，只留下長孫無忌等少數心腹。他目光冰冷地俯視著跪在地上的王世充。
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