李建成与邓暠、高开道、罗艺商谈成功后，幽燕兵马再次聚结，与唐军在三坡镇会合。高开道为了能够在攻占蔚州地盘后分兵驻守，出兵一万五千，罗艺出兵一万，辽西出兵五千，信联帮依然是二千骑兵，加上李建成的三万唐军，合计六万多人，首先向蔚县进攻。
刘武周没想到来了六万敌军，当机立断放弃蔚县，撤退到雁门（今山西代县）布置防线。雁门背靠马邑（今山西朔州），联结太原，结成防御体系。处罗可汗坐镇马邑，又给坐镇雁门的刘武周增派了三万突厥骑兵。
李建成统帅的六万联军，西进到雁门受阻。雁门一带地势险要，沟壑纵横，雁门城的城墙高大厚实，没有五倍以上的兵力，根本不能强攻。李建成与众将商讨之后的方略是，稳步推进，蚕食周围乡县。
苑君璋是马邑豪族，刘武周的妹夫，跟随刘武周起兵，官居内史令（内阁总理），是刘武周的左膀右臂。苑君璋对刘武周说道：“宋金刚大军战况不力，请求支援，我军面对李建成的攻势，实难抽出兵力增援。他孤军深入，长久恐怕有失，为完全计，招其回军，放弃沿途郡县，让其集中兵力固守太原。如此，我们可力破李建成，收复失土。”
刘武周答道：“宋金刚初次受挫，不可就此丧失信心。不如告知我军正与李建成对抗，暂不能派兵增援，是战是撤，由其临机专断。”
苑君璋又建言到：“李建成大军深入我领土数百里，他有二条补给线，一条源自幽州，另条源自上党（今山西长治）。我们要利用突厥骑兵的优势切断这二条补给线，则胜券在握。”
刘武周大喜，说道：“就这么办！”
李建成的粮草源自上党（今山西长治），运输路线长达一千多里，每次运送粮草都小心翼翼，沿途多派游骑四处查看，还有数千兵马护送，但补给线太长，突厥骑兵又是多波轮动，还是经常被他们撞上，他们呼啸而来，射出火箭，焚烧粮草而去。突厥人都是马背上睡的觉的人，派大军很难追到他们。
李建成大军的粮草出现危机，却发现幽燕联军的粮草供应充足，询问后得知，幽燕联军的粮草是由信联帮承运的，一来补给线短，二来信联帮的兵马将突厥骑兵痛揍了二次，他们就再没出现。
李建成召集众将商议，宋成说道：“由于幽州没有被战乱波及，民间储藏丰厚，目前的粮草都是信联帮从幽州商户购买的，即使供应六万大军所需，再包含辽西的储备，也可供应三个月。”
李建成大喜，说道：“我军就从信联帮处购粮，具体事项由武士彟操办。”
李建成又问道：“我军在此与刘武周相持不下，每日消耗颇巨，如何能早日破敌？”
老帅屈突通等了一会，见无人应答，就答道：“刘武周防线严谨，兵力充沛，目前尚无良策。”
王君廓说道：“我愿领一支骑兵去断敌人粮道。”
屈突通说道：“我军优势是步兵精锐，敌人的优势是骑兵众多，补给线短。断敌粮道，风险太大。”
宋成说道：“刘武周的粮道短，但宋金刚
的粮道长，上党等沿线又在我军手中，可派兵断宋金刚的粮道。”
宋成接着说道：“现在是正月，已经冰冻二个多月了，刘武周靠抢掠起家，没有储备，处罗可汗带来的突厥兵更是如此，我想他们目前粮草已经出现困难，战马的草料尤其短缺。突厥人无论如何也不能再坚持三个月，他们必须回到草原牧马。到时，眼前之敌就是我们的盘中餐了。”
众人听完此番言论，顿时觉得胜券在握。屈突通说道：“我建议由王君廓率领二千骑兵到上党一带游荡，伺机断敌粮道。”
李建成说道：“那就由将军下令吧。”
要事商讨完毕，大家松弛下来，程名振向宋成请教：“你们是如何保护粮道安全的？”
宋成答道：“幽州到此一带是我们走镖的通道，非常熟悉，在重要节点我都布置了暗哨，这些暗哨都是猎户出身，能够在寒冬中不点火隐藏数日，每个节点还有一组游骑往来巡视，从而组成像蜘蛛网似的网络。我在沿线派出了三只六百人的队伍，根据敌情或合或分，他们都是一人双马，都是可以连续数日不下马的好手。一旦发现前来偷袭的敌人队伍，就追踪追杀。”
程名振听得大为佩服。武士彟也听到了宋成的答话，心中暗忖：“若非金刚钻，难揽瓷器活，难怪信联帮赚钱，这位大当家既有一批虎狼之士，又处事谨慎周密。”
宋金刚固守临汾，得知没有援军前来，自信守得住临汾，没有继续撤往太原，与李世民对耗起来。为了保障运往临汾的粮食通道，宋金刚命令尉迟敬德率领三千兵马增援介休，并保护粮道。
620年二月，李世民令刘弘基率领一万兵马北上，增援汾阳守军，站稳脚跟后，袭扰敌军粮道。在刘弘基、王君廓和沿线其它唐军的袭扰下，620年四月，与唐军相持约五个月的宋金刚军终因粮秣断绝，被迫以寻相部为后卫，向北撤退。
李世民立刻出动全部人马追击，追到断后的寻相，大败其军，并乘胜追击逃敌，李世民带头一昼夜追了二百里，打了十几仗。到高壁岭时，有三分之一的人马掉队，记室参军房玄龄对李世民规劝道：“秦王大败敌军，紧追到此，将士疲惫不堪，多有掉队，秦王当先征战，也要爱惜身体。”
李世民答道：“宋金刚无计可施才率军逃跑，已经军心涣散。我军追的艰苦，他们逃的更加窘迫。此时正是一举擒杀他的大好时机，一旦纵虎归山，悔之晚矣。有此良机，我自当竭尽全力，岂能顾及身体！”
李世民打马继续追击，将士们也不敢再提饥饿。唐军在雀鼠谷追上宋金刚，一举击垮了宋金刚的数万人队伍、杀死和俘虏的敌军有上万人。当夜，在雀鼠谷西原宿营，李世民已经两天没有吃东西，三天没有脱下盔甲了，前军只有一只羊，李世民与将士们分吃了这一只羊。
第二天，李世民带兵赴介休，宋金刚收拢了二万人，出介休城西门，背对城墙排列战阵，南北长七里。李世民见此，明白宋金刚有背水一战的意思。命令徐世绩率领右翼兵马，攻敌侧翼（敌阵列南侧），然后诈败撤退，中军也顺势撤退，引敌来追。自己率领所有骑兵绕到敌军北面，
待敌军追击你部之时，从后掩杀。
徐世绩依计而行，在激战之时，鸣金撤退，侧翼唐军撤退之时，许多原来冲锋在前，现在身处最后的兵士被敌人追上杀死，渐渐右翼军呈溃败之势。敌军在追击过程中，也无军阵之形，正是最怕骑兵冲击之时。
李世民率领骑兵从宋金刚背后掩杀过来，中军也趁势反攻，宋金刚大败，回城之路已被截断，只好向北面的平遥逃窜。李世民率兵追出几十里，来到张难堡。唐浩州行军总管樊伯通、张德政占据堡垒自卫，李世民摘下头盔示意堡内，堡中守军见后欢呼雀跃，高兴得流下泪来（终于得救了）。随从告诉守军秦王还未进食，守军献上浊酒、粗米饭。
在李建成与刘武周相持的战区，到了 620年三月，处罗可汗的五万突厥兵的战马饲料已经告罄，只好告知刘武周，自己要率领突厥兵返回草原，让其坚守待援，只需三个月，就可重新來援。处罗可汗在撤退时大肆在占领区抢掠，将太原近万青壮男女掳走作为奴隶。
突厥兵一走，刘武周的防线顿时捉襟见肘。高开道率部突破防线直插马邑，刘武周只好命苑君璋率部前往马邑增援。屈突通弃雁门而不顾，率大军直扑太原，刘武周为保全宋金刚大军退路，亲率兵马增援太原。
雁门城在幽燕联军的进攻下，不久就被攻克，为进攻马邑和太原的二路大军解除了后顾之忧。
刘武周进驻太原，发现太原已被掳掠一空，城中剩余百姓对刘武周部队充满敌视，根本不能长期坚守。当听到宋金刚全军覆没，正在向太原方向逃窜，身后是数万唐军在追击，只好弃城，试图领兵退往马邑，却被屈突通大军迎面截住，刘武周的军队早已军心涣散，一触即溃，四散而逃，只有数百骑兵保护着刘武周冲破阻截，逃往马邑去了。
刘武周的踪迹被信联帮侦骑发现，飞鸽传书雁门郡的宋成，宋成率兵阻击，斩杀了刘武周。
宋金刚收拾残部，准备再战，听说太原已失，刘武周大败而逃，只能继续逃跑，沿途到处是唐军堵截，最终宋金刚只带领一百多骑兵进入荒漠，逃到了突厥。
尉迟敬德收拾残部困守介休，李世民派任城王李道宗、上仪同宇文士及前去晓谕，尉迟敬德和寻相以介休、永安二县一起降唐。李世民对尉迟敬德左手鞭右手槊的骁勇无敌印象深刻，得到尉迟敬德非常高兴，任命尉迟敬德为右一府统军，让其统领护卫营。
处罗可汗听闻刘武周战败身亡，只好另起炉灶。从窦建德处迎来隋朝的萧皇后以及齐王杨暕遗腹子杨政道，并立杨政道为隋王，继隋业。行隋的正朔纪年，设置百官，居于定襄城（今内蒙古呼合浩特南部），人口达一万。（注：杨政道王朝史称后隋，直到 630年与颉利可汗的突厥一同灭亡。）
处罗可汗还打算召集各部落武装，重新夺取并州（太原），以安置杨政道，不想患病，不久疽疮发作而死。因其子奥射设长得又丑又弱，义成公主和众贵族不立他为可汗而立其弟咄苾，号颉利可汗。颉利可汗继位后，依照突厥习俗续娶曾是其后母、嫂子的义成公主为妻。