听闻窦建德战败并被俘了，王世充镇守外围的重要将领王德仁见势不妙，放弃旧洛阳城就逃跑进新洛阳城中去了。他的副将赵季卿则以的洛阳城降了唐军。

李世民押解着窦建德、王琬、长孙安世、郭士衡等人到洛阳城下，给王世充看。

王世充流着泪和窦建德接话。于是李世民就放长孙安世、王琬、郭士衡几人进城叙说失败的情况。王世充召集诸将想商议突围，准备南奔襄阳。众将领都说：“我们的唯一希望是夏王窦建德来救援我们。如今夏王已经被俘了，希望也破灭了！洛阳城被围了这么久，我们的军士饿得连武器都拿不动了。如此情况突围，恐怕无法成功。”

单雄信则对王世充说道：“父王，您可以选些精兵断后，我护您冲开唐军阵营，然后我们直奔襄阳而去。只要有您在，或许还有与唐军周旋下去的可能！”

王世充看着一众一脸沮丧的诸将，对单雄信摇摇头说道：“我知我儿英勇！然而如今人心浮动。我军败亡如斯，纵算我突围而去，唐军也势必接踵而至，襄阳城内恐也无战心，终归是被唐军顺势平了而已！大势已去，能保全这具尸首就不错了！”

单雄信还强劝道：“父王，哪怕我们没有一城一池了，我们也可啸聚山林的嘛！总比看着唐童的脸色乞活的好！”

王世充叹道：“以我你之身份，即使是去做个强盗，也不敢稍有暴露的！一旦为他们所知晓了，必会带兵来围剿，恐怕最终疲于奔命，也不得终好！大丈夫争天下不得，也是无可奈何的事。天意如此，罢了！罢了！”

然后，王世充派长孙安世重返唐营，与李世民谈判投降事宜。李世民轻笑着说道：“你回去告诉王世充，你们已经只能无条件投降了！看在你们主动投降的份上，我可以答应王世充，让他不死！”

长孙安世回报王世充，王世充无奈，只能照做。

于是，丙寅（初九），王世充身穿白衣带领郑国的太子、百官及二千多人到唐军营门前投降。

李世民按礼节接受他们投降。王世充俯下身拜见李世民时汗流浃背。李世民说道：“郑王，你总认为我是个小孩。如今见了小孩，为什么这么恭敬啊？”王世充赶忙叩头谢罪。

于是李世民收押了众人，再分派出一部分人，先进入洛阳，分别把守市场商店，禁止骚扰抢掠。没有一人敢违犯禁令。

丁卯（初十），李世民进入洛阳宫城，命令记室房玄龄先进入中书省和门下省，收集隋朝的地图户籍、制文诏书。但可惜已经都被王世充给销毁了，没有找到什么。又命令萧瑀、窦轨等人封存了隋的仓库，没收所有金钱布帛，颁赐给将士们。

李世民拘押了罪行特别大的十几名王世充的同党。有段达、王隆、崔洪丹、薛德音、杨汪、孟孝义、单雄信、杨公卿、郭什柱、郭士衡、董睿、张童儿、王德仁、朱粲、郭善才等，命令押解到洛水岸边斩首。

李世绩与单雄信发誓同生共死的结义弟兄。唐军平定了洛阳，李世绩就向李世民说单雄信骁健无比，请求用自己所有的官爵来赎单雄信一命，无奈李世民坚决不准。

李世民说道：“单雄信当初与李密同攻王世充，却按兵不动任由李密被打败，自己倒是投了王世充当上了附马，这不是卖主求荣之辈么？”

李世绩解释道：“他那是对李密有怨恨在心。李密杀翟让，差点儿把我们都一起杀了。后来与宇文化及作战，大家都奋力战斗。取得胜利后，李密却只赏投降过来的骁勇军，其它旧部，连一分一文的饷银都没得到，大家都很有怨言。单雄信体恤士卒，难免也因此心生怨气而做错了事！”