在这场“尘埃涨天”的十几万人的大规模混战中，唐军条理清晰的组织指挥对战斗的最后胜利起到了关键作用。由于没有想到李世民会在此时发起全面进攻，窦建德没有绷紧应战的神经，所以战斗一开始就呈现出一边倒趋势：唐军凶猛进攻，夏军节节败退。
在两军交战正酣的时候，李世民又玩起了自己一贯抄人后路的拿手戏。不过这次是虚晃一招的假抄。他领着史大奈、程知节、秦叔宝、宇文歆等一帮名将，把唐军旗帜悄悄卷藏起来，然后杀向夏军阵营背后。到达阵地背后时，李世民命人突然竖起唐军的旗帜。这一招表明，李世民不仅是个很有建树的军事家，还是个不错的战场心理学家。他想通过此招摧毁夏军的心理防线。这招果然出奇地见效。“建德将士顾见之，大溃”。
本来还在鏖战的窦建德将士见自己的屁股后面唐军旌旗飘飘，以为陷入了两面包围之中，都慌张地放弃抵抗，夺路逃命。
结果唐军“追奔三十里，斩首三千馀级”。
这三千多人只是被杀死的夏军，逃散和俘虏的人数是这个数字的数十倍。夏军这么一支超级庞大的航母舰队战斗群竟被唐军的铁驳船给掀翻了。李世民确实不简单，但窦建德更不简单。
“不简单”的窦建德在混战中中槊受伤。他拖着伤体只身逃往黄河与汜水合流处的牛口渚藏匿，但是唐车骑将军白士让、杨武威早就盯上了他，两人虽然不知道他的确切身份，但从其胯下坐骑和身上盔甲推断，此人一定“有货”。
在白、杨两将的追赶下，窦建德心慌意乱，从马上摔了下来。白士让举槊欲刺时，为了活命，倒在地上的窦建德不得不亮明了自己的身份：“勿杀我，我夏王也，能富贵汝。”
小“白杨”放倒了参天大树。白士让、杨武威一听说此人就是大名鼎鼎的窦建德时，知道捡了个金元宝，立即下马将其绑缚在马上押解回大营，向李世民报功。
李世民对这个在唐、郑两军洛阳大战进入到最关键时刻率兵给自己出难题的军阀大佬，毫不客气地进行了数落和责备：“我自讨王世充，何预汝事，而来越境，犯我兵锋！”
面对战胜方主帅的责问，窦建德不知道是幽默还是自我解嘲地对答道：“今不自来，恐烦远取。”意思是今天之所以“送货上门”是为了给你将来省去带军远赴河北攻取的奔波劳累。
如果说这句话真能和幽默挂钩的话，对于曾经的一国之主，如今的他国俘虏窦建德来说，那应该是“幽幽默默”：幽幽遗恨，默默无言。此时还能说什么呢？千言万语，不如无语。
这一仗，唐军俘获了五万夏军俘虏。这是一个太庞大的数字，比唐军投入虎牢之战的兵力总数还多得多。对这些战俘，李世民采取了“即日散遣之，使还乡里”的优俘新政策。以往，唐军对待战俘基本上是择优就地收编，补充兵员。而这次却破天荒地将俘虏放归，这一行为显示出了唐军此时的强大和自信，李唐政权底气十足地认为，此刻他们的军队数量已经足够控制全国战局。当然，释放俘虏也可能含有对唐军自身安全的考虑，因为这些新附士兵如果产生二心，局面将很容易失去控制。从这个方面讲，这些俘虏太幸运了，他们遇到了一个中国历史上极其少有的明白人，在这之前或者之后，屠杀俘虏甚至将俘虏杀死当军粮的事件都屡见不鲜。历史上赫赫有名的长平之战和巨鹿之战中，先是秦将白起坑杀了四十万放下武器的赵国军人，而后不久，西楚霸王项羽又在一夜之间活埋了二十万投降的秦军。同样是处理烫手山芋的战俘，一代唐宗李世民的方法显然更适于推广和值得赞赏。
虎牢关之战在极短的时间内一举歼灭了当时中原地区最强大的地方割据政权，使之顷刻间土崩瓦解，这是李世民和窦建德两个当事人都绝对没想到的意外结果。
李世民带着从围堵洛阳的大军方阵中“抠”出来的三千五百人增援虎牢时，也许只想将窦建德阻挡在关外，以便拖延时日使自己的军队尽快绞勒死王世充，而凭一战消灭窦建德的全部劲旅，就算他的想象力丰富到能把田里的秧苗想象成杯中美酒，暂时也不可能往这个方面想。至于薛收在建议他先率军占据虎牢关时所说的“不过二旬，两主就敷矣”之言只不过是给自己和别人打气鼓劲时“满嘴跑火车”的吹牛话而已。
然而，风风火火闯洛阳的窦建德却真的在没有羽扇纶巾的李世民谈笑之间灰飞烟灭。
这一仗，唐军同样胜得偶然。
如果窦建德时刻保持警惕；如果窦建德不在那时候进行朝会；如果窦建德不轻敌冒进；夏军不可能败得如此彻底。
但偶然是隐藏在必然之中的，一方面是因为李世民的杰出无敌，另一方面，大环境也决定了窦建德的必败无疑。因为和兵强将勇、志在统一天下的李唐政权相比，窦夏太缺少人才，和李密、王世充手下人才济济不同，窦建德手下没有一个在历史上叫得上名头的谋臣或大将，所以他和他的政权灭亡是迟早的事情。
朴树曾经唱了首很流行的流行歌曲《生如夏花》，里面有句歌词是“我从远方赶来，恰巧你们也在”。
李世民从遥远的关中赶来，恰巧窦建德也在。窦建德没来得早却来得巧，被李世民讨巧所灭。对李唐政权来说，和窦建德的这一战是提前到来的跳过半决赛的直接决赛，是一战定乾坤的定鼎之战。因为窦建德的翦灭就代表着王世充的覆灭。此后，中原再无强敌，李唐一统天下已如囊中取物，趋势无法阻挡。
夏军溃败后，窦建德的老婆曹氏与左仆射齐善行等人带着仅剩的数百名骑兵北逃到洺州（今河北省广平县）。
窦建德的兵败彻底击碎了所有郑军的希望，他们的信心跌落到冰点以下，知道死守就意味着死亡，于是纷纷缴械投降。
虎牢之战结束几天后，洛阳东边的“偃师、巩县守将，举地归降世民”。连防守旧洛阳城的主将都失望地弃城逃走。至此，从虎牢关到洛阳一路畅通，再无阻碍。
搞定了窦建德后，李世民在洛阳城下办了个“高级战俘博览会”。他囚押着窦建德、王琬、长孙安世、郭士衡等人来到洛阳城下，请王世充过目。
王世充刚开始还以为窦建德玩真人集体模仿秀那一套呢，这套把戏他和李密在邙山决战时就编导过一次。当他发现自己的侄儿王琬和使者长孙安世也在俘虏行列中时，才确信这真的是真的。
王世充、窦建德两个难兄难弟一个在城上，一个在城下，泪雨滂沱，互致言语。搞不清楚二人当时说了些什么，反正王世充在城头“与建德语而泣”。估计王世充不会说那些“都是我连累了你呀，真不该让你来救我啊”之类的自我批评话，而很有可能失望加绝望地批评窦建德叉腰肌不硬，几十万大军集体患上软骨症，不堪唐军一击。但无论说什么都为时已晚。落得这样阶下囚的结局，窦建德可能心里不乏后悔，保不准他会对婆婆妈妈、喋喋不休的“王巫婆”吼上一嗓子：假如上天再给我一次机会的话，我绝不来救你，哪怕你求我一万次。
一万次太久，只争朝夕地活着吧。两人的生命都已经进入倒计时，因为只要是大反王，到了李渊手里，就没有能活着善终的。
王世充见自己盼星星、盼月亮般盼望着的大救星，此时却成了死对头关在囚笼里的大猩猩后，便再无斗志。
李世民将长孙安世放入城中，让他向王世充详细宣讲窦建德被打败的情形，要他认清形势，缴枪不杀。但王世充还不甘失败，他想突围后南下到襄阳（今湖北省襄樊市），投靠在那里据守的侄儿王弘烈。
王弘烈镇守的襄阳本来确实可以成为洛阳失守后的南方避风港，但由于在开战两个月后，介于洛阳和襄阳“两阳”之间的显州总管田瓒携其所管辖的二十五州投降了唐朝，所以洛阳和襄阳之间已经音讯隔绝，失去联系，现在要想去襄阳，就必须打通其间的唐军控制区。于是，王世充“召诸将议突围，南走襄阳”。但他手下的那些“两见”将领知道他已经是没尾巴的蚂蚱了，都不愿意再跟着他冒险突围，而是异口同声地推辞说：“吾所恃者夏王，夏王今已为擒，虽得出，终必无成。”
王世充此时虽然还是皇帝，但他已无力控制城内局势，不敢对拒绝执行他“鸵鸟政策”的将领大开杀戒了。做皇帝都是这样，当他山穷水尽的时候，连当鸵鸟的权力都没有了，是真正的“禽兽不如”。这下王世充是死虾子泛红壳了。他看见棺材了，落泪了；到了黄河了，心死了。
