大兴城，隋朝国都。攻占大兴，是李渊争夺天下的基础。而攻占大兴，首先是打通大兴周边的郡县。
自李渊在太原起兵以来，周边很多郡县都望风归降。唯独太原的南面西河郡，一直未归顺。
西河郡太守高德儒表示忠于朝廷，于是，李渊下令攻打西河。
由于唐军的士兵都是招募的，不是正规军人，也没有经过军事训练，因此战斗力不是很强大。作为统兵将领的李建成、李世民选择与士兵同甘共苦，遇到敌人兄弟俩身先士卒，冲锋在前，士兵们见两位主将以身作则，士气受到了很大鼓舞。
唐军分兵两路，一路由李建成带领，另一路则是李世民带领。
两军到达西河城下，高德儒见唐军势大，选择紧闭城门、据守不攻。但西河很快就被唐军攻破。
随后，唐军抓住高德儒后，将他押到李世民跟前。
李世民看着眼前之人，有些气愤的说道：“当今皇上荒淫无道、横征暴敛，只顾自己享乐，不顾百姓死活，如今百姓都活在水深火热之中，我等起义兵，正是要推翻这暴政，你等为虎作伥，实在是罪无可赎。”
高德儒说道：“你们李家和当今皇上是姻亲，你们不但不团结一致，反而带头造反，请问是何居心？”
李世民见高德儒是员猛将，本欲收复，但见此人宁死不降，只好无奈将他处死。李世民下令接着让河西郡余下官员各司其职，让唐军不准骚扰河西郡百姓。
在李世民夺取西河之后，李渊就制订了夺取大兴的计划。
随后李渊设置大将军府，将唐军分为三军。
李渊自任大将军，指挥中军。
封李建成为陇西公、左领军大都督，指挥左军。
封李世民为敦煌公、右领军大都督，指挥右军。
任命裴寂为大将军府长史，刘文静为大将军府司马。
任命唐俭、温大雅为大将军府记室令史。
任命长孙顺德和刘弘基为大将军府统军。
大业十三年（617年）这一年，是攻打京师大兴的关键时期。
七月，经过深思熟虑之后，李渊决定让三子李元吉守卫太原，自己则同长子建成、次子世民，共三万人马出太原。
八月，李渊乘隋军主力在洛阳附近与瓦岗军大战之机，率军即沿汾水挺进，连下临汾、绛郡，进至龙门。
隋朝左武侯大将军屈突通领兵数万屯河东，阻挡唐军。
李渊派左统军王长谐、右统军刘弘基、左领军长史陈演寿等人率步兵和骑兵共6000余人，自梁山渡河，驻扎黄河西岸，以待大军。
九月，李渊率军围河东，久攻不下。这时，李世民与裴寂提出分兵的建议，李渊同意分兵的做法。李渊决定留诸将围河东，自引军而西。
九月，唐军包围河东。隋朝左武侯大将军屈突通闭城拒守，攻之不克。
唐军一度陷入是战是退的的局面。
大将军府长史裴寂说道：“屈突通拥有大批人马，凭借着坚固的城池，若舍弃他而去，要是进攻大兴而不能攻克，后退就会遇到河东方面的追击，腹背受敌，这是危险的策略。不如先攻下河东，然后挥师西上。大兴是依恃屈突通为后援的，屈突通被打败，大兴也必定被攻破。”
对此，李世民有不同意见。他说道：“我不赞成裴长史的说法。兵贵神速，乘着屡战屡胜的势头，更应该大张旗鼓地西进，夺取大兴就如同震动树上的枯叶一样容易。要是滞留，则将耽误在坚城之下，他们则有时间加强防备，以对付我们，而我们就白白浪费了时间，大家的心就会沮丧溃散，那么大事就全完了。况且关中蜂拥而起的将领还没有归属，尽可能早些将他们招抚过来。屈突通是自己将自己囚禁起来，他不足为虑。”
两种意见各有各的道理。李渊采取两种不同的办法，即分兵两路，大军渡河入关，重点攻取大兴，同时留相当兵力对付屈突通。
唐军主力部队渡河后，进驻朝邑。李渊下令李建成和刘文静屯守永丰仓，扼守潼关，以阻隋军西援。
接着李渊又下令李世民、刘弘基、长孙顺德等数万人定渭北，沿渭水北岸经高陵迂回大兴。
隋左武侯大将军屈突通得知唐军西入进入大兴，令鹰扬郎将尧君素守城，亲自领数万人增援大兴，被刘文静等阻于潼关。
另一路李世民所率唐军，已顺利抵达泾阳。
李渊命右统军刘弘基、慰抚使殷开山率兵一部南渡渭水，夺取大兴故城。
李世民则引兵赴司竹园，收编了李仲文、何潘仁、向善志等起义队伍，然后李世民将大军驻扎在咸阳附近。
接着，李世民派人报告李渊，请即赴大兴。李渊表示同意，命建成率精兵赴长乐宫，世民率新附诸军北屯长安故城。
李渊料定屈突通不能西援，遂命李建成选精兵，经新丰，直抵长乐宫；李世民率新附诸军回屯长安故城；李渊自冯翊率军经下邽、栎阳西进。
十月初四，李渊率唐军挺进大兴城下。隋京师留守、刑部尚书卫文升、左翊卫将军阴世师等奉代王杨侑，据守大兴城。
十月十四日，李渊下令围城。
十月二十七日，唐军围大兴后，并不急于攻城。而是严令士兵不得擅自离营，不得入附近村落抢掠。同时派人至城下，向城中守将能弃暗投明，以免因用兵而双方遭受伤亡，但守军并不领情。不得已，李渊下令攻城。
十一月，李渊汇合李建成、李世民、刘弘基等三路唐军共20余万人，全力攻打大兴，不久，京城大兴被攻克。
十一月初九，李渊在大兴迎立代王杨侑为傀儡皇帝，即隋恭帝，改元为隋义宁元年。自任假黄钺、使持节、大都督内外诸军事、尚书令、大丞相，加封唐王。隋恭帝杨侑赏赐武德殿为丞相府。
随后，李渊宣布与民约法十二条，此举得到了关中地主阶级的支持和拥护。
从此，李渊独揽军国机务。以建成为世子，世民为京兆尹、秦公，元吉为齐公；以裴寂为丞相府长史，刘文静为司马。
义宁二年（618年），这一年发生了很多大事。
五月，隋恭帝禅位，李渊即皇帝位于太极殿，国号唐，改元武德，国都大兴，后将大兴改称为长安。
武德元年（618年）六月，李渊封李世民为尚书令，裴寂为右仆射、知政事，刘文静为纳言。
随后，李渊立李建成为皇太子，李世民为秦王，李元吉为齐王。