唐军对阵，欲作殊死一搏。这一回王世充可真是玩命了，他率领将士拼死冲杀，战斗十分激烈，军阵四次被唐军冲散又四次聚合。双方从早晨拼杀到中午，郑军支撑不住败退下来，唐军乘胜追击，屯驻城门下，隔断了郑军步兵的归路。那些落在后面的步兵无法进城，惊散四逃，被唐军追杀数千人，俘虏五千多人，唐军顺势围困了洛阳城。王世充从此再不敢踏出洛阳城半步，只能是龟缩城内据城自守，专待窦建德的援兵救命了。

窦建德率军救援王世充，在虎牢关被李世民打得大败，本人遭擒，王世充的最后一线希望也就此彻底破灭了。

闻听救兵窦建德兵败被擒，王世充惶恐失措，六神无主，便与诸将商议，打算突围出城南逃襄阳，可众人已没了斗志，都低头不语。王世充见大势已去，只好大开城门，向李世民投降了。

李世民将王世充的党羽全部杀掉，把他押解到长安。因李世民曾允诺免他一死，唐高祖便言而有信地释免了他，将他与家人一同流徙于蜀地。准备启程时，王世充被仇人定州刺史独孤修所杀；他的儿子和哥哥等人在流放的路上阴谋叛逃，皆被诛杀。

王世充自篡位到灭亡，整三年。名为三年，实则二年有余。