透過以上的介紹，不難看出，李密和王世充，均面臨著各自不同的困境。關鍵在於，誰更有置之死地而後生，背水一戰的決心。在劍拔弩張的氛圍下，洛陽城下的決戰，即將就要正式開始了！
目前，李密與王世充，兩軍還處於相持階段。不過，他們各自都在打著不同的算盤。洛陽在與李密的多次交戰中，屢屢失利受挫；更是因為前不久，洛陽宮城中，發生了大規模的流血衝突，死傷無數。所以，李密判斷，洛陽城如今的主力，基本上損失殆盡，短期內一定可以攻下洛陽。
同樣，王世充也在為洛陽決戰積極地做準備。自從攻殺元文都、盧楚，掌握大權之後，王世充便開始積極加強戰備，厚賞將士，打製攻守器械，做好了與李密背水一戰的準備。雙方都在打著不同的主意。
當時，王世充和李密都有各自缺少的東西。譬如，王世充缺糧，李密少衣。於是，王世充便想和李密進行交換，用自己的衣帛，向李密換取糧食。起初，李密還在猶豫，擔心王世充會耍什麼花招。
不過，李密的長史邴元真出於自己的私利，慫恿李密答應王世充的請求。李密也是一時衝動，居然答應了與王世充交換。本來之前，東都極度缺糧的時候，洛陽每天都有數百人歸順李密。可是，自從得到糧食之後，歸順之人的數量，開始大大減少。直到此時，李密才懊悔不已，原來自己著了王世充的道。
李密、王世充劍拔弩張，互相鬥智鬥勇，兩人都明白，這種局面不會維持太久。果然，王世充決定要對李密動手了。瓦崗軍經過與宇文化及一戰，元氣大傷，軍中精兵、良馬損失巨大，士卒疲敝。王世充認為，趁著瓦崗軍軍力危殆之際，主動出擊，爭取一戰擊敗李密，或許有些勝算。
武德元年(618年九月，王世充挑選出了兩萬精銳，兩千餘匹戰馬，陳兵於洛水以南，準備與李密決戰。與此同時，王世充又屯兵於通濟渠以南，在通濟渠上搭建了三座浮橋，以便和瓦崗軍進行決戰。而且，王世充這次出兵，聲勢極為浩大，“旗幡之上皆書永通字，軍容甚盛”。
在正式出兵之前，王世充也有擔憂。自己和李密打了這麼長時間的仗，總是勝少敗多。因此，王世充的軍隊，多多少少對瓦崗軍存在著心理陰影。於是，王世充想了一招，他向士兵們謊稱，左軍衛士張永通曾經三次夢見周公，讓他告訴自己，速速出兵攻打李密。王世充軍隊中計程車兵，也非常迷信，對於這種鬼話深信不疑，馬上克服了對瓦崗軍的恐懼心理，紛紛向王世充請戰。
既然王世充主動出兵了，李密自然也要作出應對。他作出了這樣的部署，命王伯當留守大本營金墉城，徐世勣鎮守黎陽；自己則親率主力精銳，兵出偃師，在邙山南麓嚴陣以待，以邙山作為屏障，與王世充展開大戰。
雖然，李密率領瓦崗軍主力，在邙山已經嚴陣以待。但是，對於採取怎樣應對王世充的戰術，李密依然拿不定主意。因此，在決戰之前，李密召集諸將，進行了一次軍事會議，商量採取怎樣的戰術。
然而，在這次軍事會議上，瓦崗軍內部卻產生了巨大的分歧，意見不一。比如，裴仁基建議李密，王世充率領主力傾巢而出，東都洛陽必然兵力空虛。我們應該趁著這個大好機會，繞過王世充，直取洛陽。只要拿下了洛陽，王世充等於是喪失了根基，到時候必定會不戰自敗的：
世充悉眾而至，洛下必虛，可分兵守其要路，令不得東，簡精兵三萬，傍河西出以逼東都。世充還，我且按甲；世充再出，我又逼之。如此，則我有餘力，彼勞奔命，破之必矣。 《資治通鑑》
針對裴仁基提出直取洛陽的建議，謀士魏徵立刻表示反對。魏徵分析戰場局勢，認為當前瓦崗軍軍力受損，應該採取以逸待勞，堅壁清野的戰術，與王世充打持久戰，活活耗死王世充：
魏公雖驟勝，而驍將銳卒多死，戰士心怠，此二者難以應敵。且世充乏食，志在死戰，難與爭鋒，未若深溝高壘以拒之，不過旬月，世充糧盡，必自退，追而擊之，蔑不勝矣。
這兩條建議，各有各的道理。裴仁基主張速戰速決，魏徵則主張穩紮穩打。那麼，李密會如何選擇呢？其實，李密最初還是更傾向於裴仁基直取洛陽的建議，因為他對於攻下洛陽的渴望，太過迫切了。所以，當裴仁基剛剛表態完，李密立刻表示贊同，說道：
公言大善。今東都兵有三不可當：兵仗精銳，一也；決計深入，二也；食盡求戰，三也。我但乘城固守，蓄力以待之；彼欲鬥不得，求走無路，不過十日，世充之頭可致麾下。
就在李密準備採納裴仁基的建議，繞過王世充，直取洛陽的時候，有人卻站出來搗亂了。瓦崗軍中的一些元老將領，以及一些隋朝降將，比如像單雄信、陳智略、樊文超等人，積極鼓動李密與王世充正面決戰：
計世充戰卒甚少，屢經摧破，悉已喪膽。《兵法》曰，“倍則戰”，況不啻倍哉！且江、淮新附之士，望因此機展其勳效，及其鋒而用之，可以得志。
單雄信等人此話一出，在場的許多將領迅速一片譁然，紛紛向李密請戰。當時，瓦崗軍中請戰者十之七八。李密也被這番熱血沸騰的話，說得心花怒放，頭腦一熱，居然決定與王世充正面交戰。裴仁基苦苦規勸李密，千萬不能和王世充正面開戰。然而，李密卻拒不聽從。最後，裴仁基懊惱地用手拍著地面，扼腕嘆息道：“公後必悔之。”
在眾多將領的鼓動下，李密決定主動出擊，與王世充決戰。貿然出戰，這是犯了兵家大忌。可是，李密非常急切地想要打敗王世充，一意孤行，率領主力，與王世充硬碰硬。不難看出，李密現在已經很不理智了。
李密已經決定和王世充決戰，接下來，就是要分配兵力。於是，李密讓程咬金(程知節率領麾下內馬軍，與自己駐紮於北邙山上；命令單雄信率領外馬軍，駐兵於偃師以北，隨時準備對王世充發動進攻。
沒想到，李密還沒有發動進攻，王世充卻率先出擊了。王世充率領兩萬精兵，陳兵洛水以南不久，便派出了數百騎兵，渡過通濟渠，進攻單雄信的外馬軍大營。單雄信被這突如其來的進攻，打得猝不及防，一時間落了下風。李密得知單雄信大營被襲，立即派遣程咬金、裴行儼兩員大將，率領兵馬，前去支援單雄信。
程咬金、裴行儼率軍趕到後，便與王世充的數百騎兵，展開了一場激烈的大戰。這場戰鬥，異常激烈，《舊唐書》、《資治通鑑》都記載下了這驚悚的一場戰鬥。就以《舊唐書·程知節傳》中的記載為例：
行儼先馳赴敵，為流矢所中，墜於地。知節救之，殺數人，世充軍披靡，乃抱行儼重騎而還。為世充騎所逐，刺槊洞過，知節回身捩折其槊，兼斬獲追者，於是與行儼俱免。
在激戰當中，裴行儼率先馳馬，衝向敵軍軍陣，結果卻被敵軍的流矢射中，中箭落馬。就在裴行儼命懸一線之時，關鍵時刻，程咬金突然衝殺過來，親手殺了好幾個敵軍。然後，程咬金一把抱起了倒在地上的裴行儼，兩人騎在一匹馬上，奮力向外突圍。
不曾想，在突圍的過程中，王世充軍中的一名騎兵，從斜刺裡殺出，揮舞長槊，一槊刺來。只見這把長槊不偏不倚，直接刺穿了程咬金的身體，頓時血流如注。按照現代醫學的說法，這是貫通傷。
可是，也就在此時，奇蹟的一幕發生了。身受重傷的程咬金，猛地一返身，生生地將那把長槊掰折了，又格殺了那名騎兵。程咬金超群的武藝，立即產生了很好的效果，瓦崗軍奮力拼殺，暫時穩定了局面。這一戰，李密和王世充，應該算是打成了平手。王世充未能攻破單雄信主營，而瓦崗軍各部卻均遭到重創，其軍事實力又大打折扣。
經過這一戰，李密應該意識到王世充的能力吧？沒有。直到現在，李密依然沒有重視起王世充這個對手。在與王世充的多次交鋒中，李密往往是處於上風。所以，李密從心裡根本就看不起王世充。在這種心理的驅使之下，李密又犯了一個致命的兵家大忌：輕敵。正是由於李密的輕敵，才最終斷送了強大的瓦崗軍。
當時，在與王世充的決戰，李密應該命令瓦崗軍各部嚴防死守。可是，李密沒有這樣做。輕敵自大的他，居然沿途都不設定壁壘。這種做法可是大錯特錯，不設壁壘，瓦崗軍等於失去了一道軍事屏障，萬一王世充出奇兵突襲瓦崗軍，李密根本來不及抵擋，必定會一觸即潰。事實上，王世充也看出了李密部署上的這一漏洞。
王世充也是一代梟雄，他抓住了李密輕敵自大的弱點，開始從中鑽空子。王世充趁著夜色，派遣200餘名騎兵，秘密潛入北邙山，埋伏在山間兩側的溪谷中，命令士卒餵飽戰馬。王世充的伏兵，已經摸到了瓦崗軍主營的附近，而李密卻渾然不知。一張大網，正在慢慢撒向了瓦崗軍。
第二天凌晨，王世充決定對瓦崗軍發起總攻，在總攻之前，王世充慷慨激昂的向全軍上下，做戰前總動員：
今日之戰，非直爭勝負；死生之分，在此一舉。若其捷也，富貴固所不論；若其不捷，必無一人或免。所爭者死，非獨為國，各宜勉之！