武德元年（618年）六月，陇西薛举率十万大军进犯泾州，直逼长安，唐军初战失利，人心惶惶。李渊以李世民为西讨元帅，率军抵御。八月，薛举病逝，其子薛仁杲继位，骄横跋扈，军心不稳。李世民率军进抵高墌，深知薛军粮少兵锐，利于速战，遂下令坚壁清野，以逸待劳，与薛军对峙六十余日。
薛仁杲数次挑战，李世民坚守不出，麾下将领纷纷请战，他却道：“我军新败，士气沮丧，贼恃胜而骄，有轻我心，宜闭垒以待之，彼骄我奋，可一战而克也。”待薛军粮草耗尽，将士离心，其将领牟君才、梁胡郎相继降唐，李世民知战机已至。
十一月，李世民令行军总管梁实率军于浅水原扎营，诱薛军出战。薛仁杲派大将宗罗睺率精锐猛攻，梁实坚守不出，消耗敌军锐气。待薛军疲惫，李世民亲率大军从浅水原北出击，身先士卒，率玄甲铁骑直冲敌阵，唐军内外夹击，薛军大败，斩首数千级，溃兵四散而逃。
李世民不顾疲惫，率两千轻骑追击，麾下窦轨叩马苦谏：“薛仁杲犹据坚城，未可轻进，请暂按兵以观之。”李世民慨然道：“吾虑之久矣，破竹之势，不可失也！”遂率军直抵折墌城下，薛仁杲麾下将士纷纷投降，城中大乱。次日，薛仁杲走投无路，出城投降，陇西之地尽归大唐。
浅水原之战，李世民以“坚壁挫锐、乘胜追击”之策，一举歼灭西秦劲敌，解除了唐朝西面的最大威胁，稳定了关中后方。此役尽显其军事韬略：知彼知己，后发制人，静如处子，动如脱兔，成为中国战争史上以逸待劳的经典战例。
武德二年（619年），河东战局骤变。刘武周勾结突厥，派大将宋金刚率军南下，连败唐军，太原失守，李元吉弃城而逃，晋州、浍州尽失，关中震动。唐高祖李渊一度欲弃河东，守关中，李世民坚决反对，上表道：“太原，王业所基，国之根本；河东富实，京邑所资，若举而弃之，臣窃愤恨。愿假臣精兵三万，必冀平殄武周，克复汾晋。”
十一月，李世民率大军自龙门踏冰渡过黄河，进驻柏壁，与宋金刚对峙。他依旧采用“坚壁不战、扰其粮道”的策略，休兵秣马，仅派小股部队袭扰敌军补给线，同时安抚百姓，征集粮草，深得民心。宋金刚大军远来，粮草耗尽，士气低落，与李世民相持五月有余，无力再战。
武德三年（620年）四月，宋金刚被迫撤军，李世民抓住战机，率军穷追猛打，一昼夜疾驰二百里，战数十合。至雀鼠谷，一日八战，大破宋金刚，俘斩数万人。唐军将士疲惫不堪，皆劝李世民休整，他却道：“宋金刚计穷而走，众心离沮，功难成而易败，机难得而易失，必乘此势取之。”
追至介休，宋金刚率残部两万出城决战，李世民率骑兵从阵后突击，宋金刚大败，只身逃往突厥，后被突厥所杀。刘武周闻宋金刚败亡，弃太原北逃突厥，河东之地尽数收复。柏壁之战，李世民以极小代价收复龙兴之地太原，巩固了唐朝北方防线，也让唐军声威大振，为进军中原奠定了基础。
平定刘武周后，李世民班师长安，仅休整两月，便率军东征洛阳，讨伐割据中原的王世充。武德三年（620年）七月，李世民率五万大军进逼洛阳，王世充率军迎战，被唐军连败数阵，只得退守洛阳，坚壁不出。李世民下令围城打援，切断洛阳与外界联系，将洛阳城围得水泄不通。
洛阳城高池深，粮草充足，王世充负隅顽抗，唐军围攻数月，久攻不下。武德四年（621年）三月，河北窦建德率十万大军，号称三十万，西援洛阳，企图与王世充内外夹击，歼灭唐军。唐军腹背受敌，麾下诸将皆劝李世民退兵，以避锋芒。
关键时刻，李世民展现出超凡的战略决断力。他认为：王世充已穷途末路，粮草将尽，洛阳指日可下；窦建德大军远来，骄兵轻敌，可一举歼灭。遂决定分兵两路：令齐王李元吉率主力继续围困洛阳，自己亲率三千五百玄甲精锐，东进虎牢关，阻击窦建德十万大军。
虎牢关地势险要，一夫当关万夫莫开，李世民扼守险关，坚壁不出，消磨窦军锐气。他亲率数骑勘察敌情，曾与窦军遭遇，孤身射杀敌将，全身而退，极大鼓舞了唐军士气。相持月余，窦军粮草不继，将士疲惫，军心涣散。李世民得知窦军欲袭击唐军粮草，将计就计，放出牧马河北的假消息，诱窦建德全军出击。
五月初二，窦建德倾巢而出，列阵汜水，绵延数里，声势浩大。李世民登高观望，见窦军阵型松散，将士骄惰，下令按兵不动，静待敌军疲惫。至中午，窦军又饥又渴，争相饮水，阵型大乱。李世民一声令下，率玄甲铁骑直冲敌阵中军，唐军将士奋勇争先，势如破竹。窦军猝不及防，全线崩溃，李世民率军追击三十里，斩首三千余级，俘虏五万余人，生擒窦建德。
虎牢关大捷后，李世民押解窦建德至洛阳城下，王世充见援军覆灭，大势已去，开城投降。虎牢关之战，李世民以三千五百骑兵大破十万敌军，一战擒获王世充、窦建德两大枭雄，平定中原，奠定了唐朝一统天下的根基。此役是中国战争史上最经典的以少胜多战例，尽显李世民的雄才大略与果敢决断，班师回朝之日，长安军民倾城相迎，李世民身披金甲，率万骑凯旋，威名震天下。
窦建德兵败被俘后，押往长安处死，其旧部刘黑闼心怀怨恨，于武德四年（621年）七月在河北起兵反唐，短短半年，收复窦建德旧地，兵锋甚锐，连败唐军。李渊派李元吉、李神通率军征讨，皆大败而归，河北局势再度危急。
武德五年（622年）正月，李世民再度率军出征，讨伐刘黑闼。刘黑闼治军严整，战斗力极强，李世民依旧采用坚壁挫锐、断其粮道的策略，坚守不战，同时派骑兵袭扰敌军补给线。相持两月，刘黑闼粮草耗尽，率军猛攻唐军大营，李世民令将士死守，待敌军攻势衰竭，率骑兵突袭敌后，大败刘黑闼。
刘黑闼率残部北逃突厥，李世民率军追击，至洺水，提前令将士筑坝拦水。待刘黑闼率军半渡洺水，下令决堤放水，河水汹涌而下，刘黑闼军死伤无数，仅率数百骑逃脱。河北之地再度平定，此役后，李世民深知武力征服不如民心归附，一改此前杀伐之风，安抚百姓，恢复生产，河北终得安定。
与此同时，唐高祖派李孝恭、李靖率军平定江南萧铣、辅公祏，至武德七年（624年），江南尽数平定。四年征战，李世民率铁骑踏遍四方，灭西秦、平刘武周、擒双王、定河北，为大唐一统天下立下不世之功。其战功之盛，旷古罕见，唐高祖为表彰其功，特设天策上将之位，位在王公之上，许其开天策府，置官属，招揽天下贤才。
天策府内，房玄龄、杜如晦、长孙无忌等十八学士运筹帷幄，尉迟敬德、程知节、秦叔宝、段志玄等猛将浴血沙场，文臣武将济济一堂，形成了以李世民为核心的强大政治集团。此时的李世民，年仅二十四岁，军功盖世，威望无双，却也因此陷入了皇权斗争的漩涡之中，与太子李建成、齐王李元吉的矛盾，日渐激化。