窦建德见唐军主力迟迟不肯出营决战，下令将夏军步兵十万人列成方阵，缓缓向前推进，逼近唐军大营。之前去放牧的一千骑兵，这时已被李世民派人召回，李世民令弓弩手射住阵脚，让将士们坐地休整，任何人不允许再出营。夏军几次跃跃欲试，试图占领唐军的大营，都被对方的弓弩手射退，不觉两个时辰过去，已是正午时分。

古时阴历的五月，已进入初夏，窦建德的部队在烈日下整齐地站了一上午，已集体出现疲乏的状况。而对面的唐军阵中，由于全体士兵静坐待命，虽然也难捱天气的炎热，整体状况比夏军好得多。正午过后，唐军营中冉冉升起炊烟，却是唐军将士按照李世民的命令，在营中埋锅造饭；夏军也已饿得不行，得唐军提醒，便派人去询问窦建德，是否先回营吃过午饭再回来重新列阵。窦建德的命令尚未下达，这些士兵已三三两两的瘫软在地上，此时，唐军营中突然驰出三百骑兵，当着十万夏军的面从北向南一路奔驰，夏军士兵急忙纷纷爬起身来，手持武器去追赶这支唐军。率领该军的唐军将领，乃宇文化及之弟，名叫宇文士及。两年前，宇文化及就已被窦建德擒杀，宇文士及之所以没有受到牵连，主要有两个原因。其一，宇文士及和唐高祖是旧交，二人关系很好；其二，宇文化及毒死杨浩，自立为帝，宇文士及曾对此表示坚决反对，于是他放弃了大哥授予他的官爵，以征集粮草的名义逃往关中投奔唐国，事后，宇文士及被唐高祖任命为秦王府骠骑将军。

宇文士及出战前，李世民告诫他道：“夏军人人饥渴交加，疲乏不堪，我军战机已现。然而，他们所排列的阵形还算整齐，在大战之前，需要先设法把他们的阵形打乱。你此次出营，不用和敌军厮杀，只顾赶着马从北向南而去，如果敌军的阵形巍然不动，你就带着三百骑兵返回；如果他们追赶你，你就立即改变方向，带着手下从西向东奔驰，如此一来，夏军士兵要想追上你，势必会将他们的身后暴露在我军主力面前。”

宇文士及领会主帅意图，一看夏军争相追赶自己，即带着三百骑兵在战场上拐了个急弯，由西向东逃去。夏军为了追赶他，也都扭头向东追去，不经意间，这十万士兵的后背全部暴露在唐军主力面前。李世民拔剑道：“可以决战了！”他一声令下，数万以逸待劳的唐军步兵全部冲出了大营，手持长矛猛击夏军步兵的身后，夏军阵形早已被宇文士及拉扯得一团混乱，对此完全无力招架。趁着两军步兵在唐军大营附近展开混战，李世民另率数千骑兵，经战场外侧迂回，向东飞驰而去，直扑窦建德设置在牛口渚附近的夏王行营。

窦建德此时正在接受大臣们的朝谒，和他们商议，是不是应该派人把那十万大军召回来开饭。他这边还在开着会呢，唐军骑兵突然降临，那些文官被吓得拔腿就跑。窦建德尚自镇定，呼唤左右道：“骑兵呢，我军骑兵何在？”夏国的骑兵之前并未随步兵列阵出战，都驻守在夏王行营的附近，听说夏王告急，迅速赶来支援。哪知道那些夏国的文官刚好朝着他们迎面逃来，夏军骑兵躲闪不及，只好骑着战马在夏国文官们的身上践踏，慌乱间踩死、撞伤了很多人，其中有些还是夏国的重臣。那些骑兵吓怕了，心想万一踩死个宰相、王侯，谁担得起责任？于是纷纷勒住战马，不敢再继续前进。

窦建德迟迟等不到骑兵护驾，李世民带着唐军骑兵却已破营而入，杀到他的面前，无奈之下，窦建德只得放弃坚固的行营向外逃走，一路且战且退，来到一个山坡之下。好在这时候，上万名夏军骑兵终于陆续赶来，他们倚靠着山坡，誓死保护夏王，李世民麾军冲击多次，因夏军阵中乱箭纷飞，唐军众将无人敢过分深入。李世民有一堂弟，名叫李道玄，年仅十八岁，他为了打破僵局，持槊单骑冲入夏军的垓心，几番进出，身中的箭支就像刺猬的毛发一样密集，虽然如此，李道玄勇气不减，依然强忍剧痛，在敌军阵中奋力往来冲杀。唐军其他将士受李道玄激励，很多人也都尾随他深入敌阵。一时间，双方骑兵在窦建德的身前筑成了两道人墙，一道人墙猛力进攻，一道人墙全力防守，长槊、弓箭你来我往，展开了拉锯战。受马蹄践踏，战场上尘土飞扬、遮天蔽日。